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Orientador: Eleri Cardozo Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Sistemas multimídia têm emergido como uma grande área de pesquisa e desenvolvimento, devido à ampla possibilidade de aplicações. Em decorrência da natureza dinâmica de tais aplicações, a noção de qualidade de serviço (QoS) se tornou uma característica chave em tais sistemas. QoS intuitivamente tenta expressar quão satisfatórios são os serviços fornecidos por uma determinada aplicação. Apesar de seu caráter fortemente subjetivo, QoS pode ser expressa a partir de parâmetros bem definidos, tais como: atraso, jitter e perda de pacotes de dados. Via de regra, QoS é estabelecida através de negociação entre usuários e provedores de serviços. O processo de suporte de QoS, que envolve negociação e gerência, é relativamente simples caso os recursos sejam gerenciados por uma entidade centralizada (sistema operacional, por exemplo) ou por um conjunto de entidades que empregam protocolos simples de negociação e gerência. Infelizmente, em sistemas multimídia distribuídos a negociação e gerência de recursos é uma atividade não trivial, uma vez que os recursos existentes são bastante diversificados, dispersos e mantidos por diferentes entidades. Para minimizar essas dificuldades, nesta tese se objetivou basicamente a proposição de uma arquitetura para o suporte de QoS em sistemas multimídia distribuídos de modo a privilegiar na sua concepção características como encapsulação, flexibilidade e extensibilidade. ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: Distributed multimedia systems (DMS) have emerged as an important area of research and development due to the wide range of applications that can benefit from this area. In this field, the notion of quality of service (QoS) is a key concept. Intuitively, QoS states how satisfactory the services offered by an application are. Although strongly subjective, QoS. Can be stated in terms of well defined parameters such as delay, jitter and package error rate. Usually, QoS is negotiated between users and service providers. The negotiation process can be simple if the environment is homogeneous, or complex if the environment is heterogeneous. Since DMS runs frequently on heterogeneous environments, the negotiation and management of QoS-related parameters are non trivial. The complexity of this problem motivated us in proposing a new approach for incorporating quality of service into distributed systems. In order to contribute to this research area, this thesis proposes an open architecture for QoS negotiation and management for DMS. This architecture is based on the Agent paradigm in order to favor encapsulation, extensibility and fiexibility. In the first step this work tries to characterize the requirements necessary to incorporated QoS into distributed applications. Next, an Agent-based architecture is presented based on the requirements previously investigated. In the sequence a protocol for QoS negotiation and management among the architecture components (agents) is detailed, including its formal specification. Finally, an application in the domain of QoS monitoring and adaptation is developed following the proposed architecture. ...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Doutorado Doutor em Engenharia Elétrica

Os registros (logs) de alarmes e eventos compõem um volumoso e dormente repositório de dados históricos de natureza tabular, comumente sub-valorada ou negligenciada na indústria. Embora constituam fontes potencialmente ricas em informações relevantes sobre a planta ou processo monitorado, esses registros são tomados para análise apenas como último recurso, sobretudo devido às dificuldades impostas pelo grande volume e baixa expressividade dessas bases. Tal indiligência não se mostra mais admissível no cenário contemporâneo de orientação a dados, já ubíquo em diversos setores produtivos e que vem se apresentando fortemente na manufatura tradicional, sobretudo pelo advento do paradigma da Indústria 4.0. Propõe-se, assim, a transposição dessas bases para um domínio de representação mais expressivo e flexível, propiciando uma exploração mais proativa dos episódios narrados nos registros e, consequentemente, ensejando tarefas de análise de incidentes, de anormalidades, de conformidade e de desempenho mais céleres. Para isso, a partir do reconhecimento de uma ontologia, entidades, atributos e associações virtualmente imersas no contexto operacional historiado nos registros são mapeados em um grafo de conhecimento (do inglês, Knowledge Graph - KG). A abordagem utiliza técnicas de Análise Exploratória de Dados, Processamento de Linguagem Natural, Análise de Redes, Análise Multivariada e Indicadores Compostos para derivar dos dados uma miríade de aspectos, propriedades e relacionamentos (arestas) de natureza hierárquica, temporais e de similaridade instituídos entre as entidades (nós) identificadas. A visualização do KG se dá de forma dinâmica e interativa, com diferentes modos de visualização e níveis de detalhamento. Cenários de avaliação são desenhados para demonstrar a eficácia da abordagem. Alarm and event logs make up a voluminous and dormant historical repository of tabular-like data, commonly undervalued or overlooked in manufacturing. Although they are a potentially rich source of relevant information about the monitored plant or process, these records are taken for analysis only as a last resort, mainly due to the difficulties imposed by the large volume and low expressiveness of those databases. Such oversight is no longer acceptable in the contemporary data-oriented scenario, already ubiquitous in several productive sectors and gaining prominence in traditional manufacturing, especially due to the advent of the Industry 4.0 paradigm. Therefore, it is proposed to transpose these bases to a more expressive and flexible representation domain, allowing a more proactive exploration of the episodes reported in the records and, consequently, entailing more agile incident, anomaly, compliance, and performance analysis tasks. For such, from the recognition of an ontology, entities, attributes, and associations virtually immersed in the operational context described in the records are mapped into a Knowledge Graph (KG). The approach uses Exploratory Data Analysis, Natural Language Processing, Network Analysis, Multivariate Analysis, and Composite Indicators techniques to derive a myriad of aspects, properties, and relations from data, which are incorporated as hierarchical, temporal, and similarity relationships (edges) between identified entities (nodes). The visualization of the KG is dynamic and interactive, with different visualization modes and levels of detail. Evaluation scenarios are designed to demonstrate the effectiveness of the approach.

Com o avanço e adoção em massa de soluções no campo de Internet das Coisas (IoT) e cidades conectadas, o número de dispositivos e sensores conectados à rede tende a crescer exponencialmente. Nesse cenário, a transmissão e armazenamento do crescente volume de dados trazem novos desafios. Quando dispositivos transmitem dados potencialmente irrelevantes ou redundantes, há um maior gasto de energia e processamento, além do uso desnecessário do canal de comunicação. Dessa forma, soluções de compressão de dados localmente nos próprios dispositivos de IoT se tornam cada vez mais atrativas, possibilitando a eliminação de amostras que teriam pouca ou nenhuma contribuição para a aplicação, de forma a reduzir significativamente o volume de dados necessários para representar as informações. No entanto, tais dispositivos presentes hoje no mercado tem sérias limitações de armazenamento e poder de processamento. A fim de circundar tais limitações, surge o campo de TinyML, que busca maneiras de implementar modelos de aprendizado de máquina em dispositivos de baixa potência. Dado esse contexto, um dos setores que mais pode se beneficiar dessas novas tecnologias é a indústria automobilística, pois atualmente todos os carros produzidos devem ser instrumentados com uma série de sensores. Dessa forma, ao conectar um dispositivo inteligente no veículo, é possível fazer um processamento local dos dados e transmiti-los para um servidor remoto posteriormente. Nesse contexto, o presente trabalho propõe o desenvolvimento de um novo algoritmo de compressão de dados online, não supervisionado, e automaticamente adaptável para aplicações de IoT. A abordagem proposta é chamada de Tiny Anomaly Compressor (TAC) e é baseada na excentricidade de dados e não requer modelos matemáticos previamente estabelecidos ou quaisquer suposições sobre a distribuição de dados. Para testar a eficácia da solução e validá-la foram realizados dois testes com diferentes objetivos. Primeiramente foi desenvolvida uma análise comparativa em dois conjuntos de dados do mundo real com dois outros algoritmos da literatura, o Swing Door Trending (SDT) e o Discrete Cosine Transform (DCT). Por fim, a proposta foi embarcada em um dispositivo IoT baseado em um Arduino e conectado a um carro com o propósito de verificar o impacto do algoritmo no tempo de processamento das operações primárias do sistema. Os resultados obtidos mostram ser possível alcançar altas taxas de compressão sem impactos significativos no erro gerado e no processamento do sistema. With the advancement and mass adoption of solutions in the fields of Internet of Things (IoT) and connected cities, the number of devices and sensors connected to the network tends to grow exponentially. In this scenario, the transmission and storage of the growing volume of data bring new challenges. When devices transmit potentially irrelevant or redundant data, there is increased energy and processing waste, as well as unnecessary use of the communication channel. Thus, local data compression solutions on the IoT devices themselves become increasingly attractive, enabling the elimination of samples that would have little or no contribution to the application, in order to significantly reduce the volume of data needed to represent the information. However, such devices present on the market today have serious storage and processing power limitations. In order to circumvent these limitations, the TinyML field emerges, which seeks ways to implement machine learning models in low-power devices. Given this context, one of the sectors that can benefit most from these new technologies is the automobile industry, as currently all cars produced must be instrumented with a series of sensors. In this way, by connecting an intelligent device to the vehicle, it is possible to process the data locally and transmit it to a remote server later. In this context, the present work proposes the development of a new online, unsupervised, and automatically adaptable data compression algorithm for IoT applications. The proposed approach is called Tiny Anomaly Compressor (TAC) and is based on data eccentricity and does not require pre-established mathematical models or any assumptions about data distribution. To test the effectiveness of the solution and validate it, two tests were carried out with different objectives. First, a comparative analysis on two real-world datasets was developed with two other algorithms from the literature, the Swing Door Trending (SDT) and the Discrete Cosine Transform (DCT). Finally, the proposal was embedded in an IoT device based on an Arduino and connected to a car to verify the impact of the algorithm on the processing time of the system’s primary operations. The obtained results show that it is possible to achieve high compression rates without significant impacts on the generated error and system processing times.

Ao longo da formação acadêmica ou profissionalizante, os estudantes se deparam com diversas disciplinas e conteúdos que possuem diferentes níveis de complexidade. Uma das disciplinas que se destacam pelo seu alto grau de dificuldade, ao menos para grande parte dos estudantes, é a de Lógica de Programação. Associado a isto, observa-se que o sistema tradicional de ensino já não possui a mesma eficiência em relação aos estudantes denominados nativos digitais. Tais fatores têm comprometido os índices acadêmicos dos alunos em algumas disciplinas, principalmente as que estão relacionadas à Programação de Computadores. Como consequência, diversos pesquisadores têm buscado mapear as principais causas destas dificuldades de aprendizagem com o intuito de desenvolver metodologias de ensino mais eficientes para esse tema. Por meio de tais estudos foi possível entender que o uso de metodologias alternativas às tradicionais consegue obter melhor engajamento e promover maior motivação nos participantes, tais como Aprendizagem Baseada em Jogos. Assim, esta dissertação tem como objetivo desenvolver um hardware educacional robótico, destinado a discentes do Ensino Médio e Médio Técnico, associado à metodologia Aprendizagem Baseada em Jogos, onde o robô deverá explorar um mapa 2D e completar missões por meio de comandos, aplicando conceitos de Pensamento Computacional (PC) e Lógica de Programação (LP), pré-programados pelos usuários através de um aplicativo mobile. Tendo em vista promover maior relevância para os artefatos, fez-se uma Revisão Sistemática da Literatura (RSL) por meio da qual foi possível mapear três aspectos: (1) as principais dificuldades de aprendizagem dos alunos iniciantes em cursos introdutórios de programação, (2) as metodologias mais utilizadas para o ensino desses conteúdos e (3) os resultados obtidos por meio da aplicação destas metodologias. Além disso, fez-se uma análise de jogos e kits de Robótica Educacional que são aplicados para o ensino de Programação. Throughout academic or professional training, the students come across different disciplines and content that have different levels of complexity. One of the disciplines that most stands out for its high degree of difficulty, at least for most students, is Programming Logic. Associated with this, it is observed that the traditional teaching system no longer has the same efficiency in relation to students called digital natives. Such factors have compromised the students' academic grades in some subjects, mainly those related to Computer Programming. As a result, several researchers have sought to map the main causes of these difficulties, in order to develop more efficient teaching methodologies for this topic. Through such studies it was possible to understand that the use of alternative methodologies to the traditional ones has obtained better engagement and promotes greater motivation in the participants, such as Game-Based Learning (GBL). Face such information, this work aims to develop an educational hardware, for high school and technical high school students, associated with the GBL methodology, where the robot must explore a 2D map and complete missions through commands, applying concepts of Computational Thinking (CT) and Programming Logic (PL), pre-programmed by users through a mobile application. In order to promote greater relevance for artifacts, a Systematic Literature Review (RSL) was made through which it was possible to map three aspects: (1) the main learning difficulties of novices in introductory programming courses; (2) the most used methodologies for teaching these contents and (3) the results obtained through the application of these methodologies. In addition, an analysis of Educational Robotics games and kits that are applied to the teaching of Programming was made.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A Indústria 4.0 mudou completamente o paradigma de monitoramento e controle de processos industriais. Foram instalados sensores em diversas partes da planta, conectando os processos com a Internet das Coisas e a Computação na nuvem. Todavia, a geração de dados cresceu vertiginosamente, demandando que engenheiros construam ambientes apropriados para o processamento de todos esses dados. Esse crescimento aumentou o consumo de energia e a complexidade computacional, que podem acentuar a degradação ambiental e as perdas econômicas. De forma a atender a essas demandas, esta dissertação propõe metodologias eficientes para Detecção e Identificação de Falhas nos processos industriais. O primeiro consiste em comprimir as variáveis de processo utilizando o algoritmo Symbolic Aggregate Approximation (SAX) com o objetivo de reduzir a carga em data warehouses. Em seguida, treinamos uma rede neural Long Short-Term Memory (LSTM) para a detecção de falhas industriais nesses dados comprimidos. Finalmente, a segunda metodologia é endereçada para sistemas de computação de ponta eficientes, comprimindo redes neurais LSTM com a técnica de podagem. A compressão dos modelos de detecção reduz o uso de memória e o número de operações realizados, economizando energia e acelerando a velocidade de inferência dessas redes em sistemas de ponta. Para avaliar ambas as propostas, utilizamos o benchmark Tennessee Eastman Process (TEP) com as métricas de classificação de acurácia, precisão, sensibilidade e F1-Score. Também analisamos a eficiência de compressão de ambas as metodologias, estudando sua viabilidade e redução de parâmetros nas redes LSTM. Industry 4.0 set a paradigm shift in industrial process monitoring and control. It installed several sensors in different parts of the plant, connecting these industrial processes with the Internet of Things and Cloud Computing. Although, the data generation growth demanded engineers build proper environments to process and store the growing amount of data. This growth caused an increasing energy consumption, computational complexity and environmental degradation. Therefore to address these demands, this dissertation proposes efficient approaches to perform Fault Detection and Identification in industrial processes. The first approach consists of using Symbolic Aggregate Approximation (SAX) to compress process variables to reduce the load on data warehouses. Then, we train a Long Short-Term Memory (LSTM) neural network with those compressed inputs to perform fault detection. Finally, the second approach addresses efficient edge computing systems, performing LSTM neural network compression with pruning technique. The compression reduces the memory usage and number of operations of these networks, saving energy and accelerating inference speed in edge computation. To assess the performance of both approaches, we use the Tennessee Eastman Process (TEP) as the benchmark with classification metrics of accuracy, precision, recall and F1-Score. We are also going to analyse the compression efficiency of both approaches, studying their viability and parameter reduction in LSTM networks.

A população idosa no mundo vem crescendo gradativamente. A estimativa é que em 2060 um quarto da população no Brasil seja formada por idosos (IBGE, 2018). Isso remete a necessidade da criação de ações de incentivos à assistência e inserção da população idosa em todos os campos de atuação. No contexto da inclusão digital, instituições públicas vêm constituindo programas de educação para idosos, em sua maioria por meio de cursos presenciais, como é o caso do Instituto Metrópole Digital - IMD, com o Projeto de Extensão de Inclusão Digital de Idosos - ProEIDI, que semestralmente ministra conteúdos básicos de informática e uso de smartphone. Porém, a partir de pesquisa realizada com os idosos, os mesmos desejam continuar inseridos no ambiente educacional, procurando participar novamente do curso, o que diminui a oferta de vagas. Dessa forma, o problema de pesquisa permeia-se em como manter os idosos aprendendo após um curso presencial de inclusão digital, amparando-se na seguinte questão de pesquisa: como o uso de agentes conversacionais pode favorecer a formação complementar após cursos presenciais de inclusão digital para idosos? Assim, este trabalho tem como objetivo geral: desenvolver um modelo de interação com chatbot em smartphones para formação complementar a distância na inclusão digital de idosos. Para alcançar tal objetivo foi realizado o levantamento bibliográfico, a execução de revisão sistemática e a elaboração da arquitetura e design do software. A pesquisa apresenta-se de caráter aplicado com metodologia baseada na abordagem qualitativa, sendo validada por instrumental de avaliação de Materiais Educacionais Digitais (MEDs), voltado para o público idoso na utilização de smartphones. A avaliação baseou-se em aspectos técnicos com foco em critérios de usabilidade e acessibilidade, e pedagógicos com análise de indicadores geronto-educacionais. Destaca-se como principal contribuição da pesquisa a proposta inovadora da utilização de sistemas de chatbots para idosos no contexto de inclusão digital, propondo a utilização da ferramenta no cenário de formação complementar a distância, para idosos participantes de cursos de inclusão digital. The elderly population in the world has been growing gradually. It is estimated that in 2060 a quarter of the population in Brazil will be formed by the elderly (IBGE, 2018). This refers to the need to create actions to encourage assistance and insertion of the elderly population in all fields of activity. In the context of digital inclusion, public institutions have been constituting education programs for the elderly, mostly through classroom courses, such as the Instituto Metrópole Digital - IMD, with the Extension Project for Digital Inclusion for the Elderly - ProEIDI, which semiannually teaches basic computer and smartphone content. However, based on research carried out with the elderly, they want to continue inserted in the educational environment, seeking to participate again in the course, which reduces the offer of places. Thus, the research problem permeates how to keep the elderly learning after a face-to-face digital inclusion course, based on the following research question: how the use of conversational agents can favor complementary training after face-to-face digital inclusion courses for the elderly? Thus, this work has the general objective: to develop a model of interaction with chatbot on smartphones for complementary distance training in the digital inclusion of the elderly. To achieve this goal, a bibliographic survey, systematic review and the architecture and design of the software were carried out. The research has an applied character with a methodology based on the qualitative approach, being validated by instruments for the evaluation of Digital Educational Materials (MEDs), aimed at the elderly audience in the use of smartphones. The evaluation was based on technical aspects with a focus on usability and accessibility criteria, and pedagogical aspects with analysis of geronto-educational indicators. The innovative proposal of using chatbots systems for the elderly in the context of digital inclusion stands out as the main contribution of the research, proposing the use of the tool as a scenario of complementary distance training, for elderly participants of courses of digital inclusion.

A separação entre o estudo da teoria e a realização de experimentos práticos sempre foi um desafio em disciplinas de eletricidade e de eletrônica. Alguns instrumentos de bancada utilizados em aulas práticas são caros para a aquisição pela maioria dos estudantes, o que restringe a realização deles a um laboratório específico da instituição de ensino e a horários específicos. Esse fator também impossibilita a realização dessas atividades em casa pelos alunos, o que vai de encontro a uma tendência atual do ensino, que é a educação a distância. Diante dessa realidade, o presente trabalho apresenta o desenvolvimento do MiniLab Metrópole, um dispositivo físico inovador portátil e de baixo custo que agrega as principais funcionalidades de um osciloscópio e de um gerador de sinais, com o intuito de ser usado em experimentos de eletricidade e de eletrônica. A pesquisa e a construção desse artefato foram pensadas inicialmente para os alunos do curso técnico semipresencial com ênfase em eletrônica do Instituto Metrópole Digital (IMD). O MiniLab Metrópole busca viabilizar que os alunos tenham seu pequeno laboratório para a realização de experimentos introdutórios de eletrônica em qualquer lugar e a qualquer momento. Por se tratar da construção de um artefato tecnológico, optou-se por adotar a Design Science Research como abordagem epistemológico-metodológica. Inicialmente foram identificadas as principais funcionalidades dos equipamentos utilizados em laboratórios de eletricidade e de eletrônica que tinham potencial de serem integradas ao projeto. Com esse levantamento, foram desenvolvidos os módulos funcionais do protótipo e algumas propostas de atividades práticas que podem ser realizadas com o dispositivo. Por fim, usando essas atividades experimentais, o protótipo foi validado fazendo-se a comparação com resultados obtidos utilizando equipamentos comerciais. Com erros relativos abaixo de 10% comprovou-se que o MiniLab Metrópole pode ser uma ferramenta portátil e de baixo custo para a realização de atividades experimentais tanto em ambiente laboratorial, quanto fora dele. The separation between the study of theory and practical experiments has always been a challenge in disciplines of electricity and electronics. Some bench instruments used in practical classes are expensive for the acquisition by most students, which restricts their realization to a specific laboratory of the educational institution and specific times. This factor also makes it impossible for these activities at home by students, which goes against a current tendency for teaching, which is distance education. Faced with this reality, the present work presents the development of the Minilab Metrópole, an innovative portable and low-cost physical device that aggregates the key features of an oscilloscope and a signal generator, in order to be used in electricity experiments and electronics. The research and construction of this artifact were initially thought to the students of the semipresential technical course with electronic emphasis on the Digital Metropolis Institute (IMD). The Minilab Metrópole seeks to make sure that students have their small laboratory for introductory electronics experiments anywhere and at any time. Because it is the construction of a technological artifact, it was decided to adopt the Design Science Research as a epistemologicalmethodological approach. Initially the main functionalities of the equipment used in electricity and electronics laboratories have been identified that they had the potential to be integrated into the project. Initially the main functionalities of the equipment used in electricity and electronics laboratories have been identified that they had the potential to be integrated into the project. With this survey, the functional prototype modules and proposals of practical activities that can be carried out with the device were developed. Finally, using these experimental activities, the prototype was validated by comparing the results obtained using commercial equipment. With relative errors below 10% it has proven that Minilab Metrópole can be a portable and low cost tool for performing experimental activities in both laboratory environment and outside it.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Situações que geram fluxo contínuo de dados sujeitos a mudança de comportamento ao longo do tempo, como são os casos de tráfego TCP/IP, e-commerce e monitoramento industrial, podem tornar inviável a utilização de algoritmos que possuem estratégias de aprendizagem de máquina off-line. Isto se deve à necessidade de armazenamento dos dados em função do crescimento infindável da geração dos dados e às restrições como memória limitada, impossibilitando um retreinamento do modelo. Para tratar essa classe de problemas, surgiram os algoritmos que possuem a aprendizagem total ou parcialmente on-line. Dentre eles, há os algoritmos evolutivos, os quais têm sido alvo de interesse pelo fato de possuírem a capacidade de se desenvolverem e atualizarem em ambientes desconhecidos, como também a habilidade de detecção de mudanças e desvios dos dados de entrada ao longo do tempo. Diante da vasta gama de possíveis aplicações de algoritmos evolutivos em problemas reais, nesta dissertação propomos um novo algoritmo evolutivo para agrupamento dinâmico de dados denominado de Macro SOStream. Esse algoritmo possui aprendizagem on-line e é baseado em densidade para agrupamento autoorganizável de fluxo de dados. O Macro SOStream tem como origem o algoritmo SOStream, porém aqui foi incorporado o conceito de macroclusters, os quais são formados pelos microclusters. Enquanto os microclusters possuem formas esféricas, os macroclusters têm formas arbitrárias. Ainda, utilizaram-se conjuntos de dados bem estabelecidas na literatura, a métrica de desempenho de clusterização Adjusted Rand Index (ARI) nos experimentos realizados, e é efetuada a medição do tempo médio de execução dos algoritmos com os conjuntos de dados. Os resultados indicaram que o desempenho e tempo de execução médio do algoritmo Macro SOStream é comparável aos do SOStream e do DenStream. Situations that generate a continuous data stream under a changing environment, such as TCP / IP traffic, e-commerce, and industrial monitoring, can make the usability of offline algorithms for machine learning infeasible. That is due to the need for data storage, infinite growth of data generation, and memory restrictions, making models impossible to redesign and retrain. As a consequence of that, algorithms that work in a fully or partially on-line fashion have arisen. Among them, evolving algorithms is a prominent approach because such algorithms can develop and update models’ parameters and structure in unknown environments and detect concepts drift and evolution in the input-output data over time. Because evolving approaches and models are highly applicable in real-world problems, this work proposes a new evolving clustering algorithm named Macro SOStream. This algorithm performs on-line learning and is based on self-organizing density for data stream clustering. The Macro SOStream is based on the SOStream algorithm; however, we incorporate the notion of macroclusters as a microclusters’ composition. While microclusters have spherical shapes, macroclusters may assume arbitrary shapes. For the experiments, were used the benchmark datasets quite usual in the literature, the clustering performance metric Adjusted Rand Index (ARI), and is performed at the average time of the algorithms’ execution with the datasets. The results indicated that the performance and average execution time of the Macro SOStream algorithm are comparable to those of SOStream and DenStream.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A Internet Tátil é o atual avanço tecnológico para a Internet. Esse novo paradigma possibilita o envio de informações de toque, bem como os demais estímulos já antes enviados. Dessa forma, é preciso garantir uma latência muito baixa entre os dispositivos que compõem a interação tátil. Essa latência está associada ao tempo de propagação da informação pelo canal de comunicação, poder de processamento dos dispositivos locais, complexidade das técnicas em execução, entre outros. Nesse viés, este trabalho propõe o uso de hardwares dedicados baseados em computação reconfigurável (CR) para reduzir a latência em sistemas de controle e predição aplicados a Internet Tátil. São propostas duas abordagens para tratar a problemática da latência. Na primeira abordagem é proposta a implementação de técnicas de predição lineares e não-lineares em CR. Nessa abordagem as técnicas de predição são utilizadas para minimizar os impactos causados por atrasos e perda de informações. Na segunda abordagem é proposto um sistema de controle inteligente baseado em lógica Fuzzy em CR. O sistema é um controlador do tipo Takagi - Sugeno Fuzzy-PI que se propõe a reduzir a latência associada ao processamento dos dados controle da ferramenta. A implementação usa uma estratégia totalmente paralela associada a um esquema de formato de bit híbrido (ponto fixo e ponto flutuante). Ainda nesta abordagem são propostos dois projetos de hardware: o primeiro usa uma arquitetura de processamento de ciclo de clock único e o outro usa um esquema de pipeline. As propostas são implementadas em um de Field Programmable Gate Array na plataforma Virtex 6 xc6vlx240t-1ff1156. São apresentados dados relacionados a ocupação e throughput associados a plataforma alvo, bem como comparação entre resultados através de simulação e implementações em hardware dedicado. Os resultados se mostram superiores aos apresentados em outros trabalhos presentes na literatura. The Tactile Internet is the current technological advance for the Internet. This new paradigm enables the sending of touch information, as well as the other stimuli already sent. Thus, it is necessary to guarantee a very low latency between the devices that make up the tactile interaction. The time of propagation of information through the communication channel, processing power of local devices, the complexity of the techniques, among others, can be the cause of the system latency. This work proposes the use of dedicated hardware-based reconfigurable computing (RC) to reduce latency in control and prediction systems applied to the Tactile Internet. Two approaches are proposed to address the latency issue. In the first approach, proposes the implementation of linear and non-linear prediction techniques in RC. In this approach, prediction techniques are used to minimize the impacts caused by delays and loss of information. The second approach an intelligent control system based on Fuzzy logic in RC is proposed. The system is a Takagi - Sugeno Fuzzy-PI type controller that aims to reduce the latency associated with processing the tool’s control data. The implementation uses a completely parallel strategy associated with a hybrid bit format scheme (fixed-point and floating-point). Still in this approach, two hardware projects are proposed: the first uses a single clock cycle processing architecture and the other uses a pipeline scheme. The proposals are implemented in a Field Programmable Gate Array on the Virtex 6 xc6vlx240t-1ff1156 platform. Data related to occupation and throughput associated with the target platform are presented, as well as a comparison between results through simulation and implementations in dedicated hardware. The results are superior to those presented in other studies in the literature.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Este trabalho propõe uma metodologia para detecção e identificação de falhas em sistemas dinâmicos, através de uma abordagem on-line e evolutiva. A proposta é dividida em três estágios, na qual são realizados o pré-processamento e pós-processamento dos dados com o intuito de aumentar a robustez da metodologia na presença de outliers e ruídos, no pré-processamento é realizada a seleção de características, normalização dos dados, filtragem e adição de regressores, já no pós-processamento é realizada uma filtragem de tempo. No estágio de processamento é aplicada uma abordagem adaptável e não-supervisionado, por meio do algoritmo Auto-Cloud, que realiza o agrupamento e classificação de streams de dados. Para validação desta proposta foram utilizadas diferentes métricas de avaliação, como Adjusted Rand Index (ARI), homogeneidade, completude, precisão, f1_score, recall, sendo obtidos resultados satisfatórios. Por fim, é apresentada a conclusão deste trabalho, além de propostas para trabalhos futuros. This work proposes a methodology for the detection and identification of failures in dynamic systems, through an online and evolutionary approach. The proposal is divided into three stages, in which data pre-processing and post-processing are carried out to increase the robustness of the methodology in the presence of outliers and noise, in the pre-processing the selection of characteristics, normalization is carried out of data, filtering and adding regressors, in post-processing time filtering is performed. In the processing stage, an adaptive and unsupervised approach is applied, through the Auto-Cloud algorithm, which performs grouping and classification of data streams. To validate this proposal, different evaluation metrics were used, such as Adjusted Rand Index (ARI), homogeneity, completeness, precision, f1_score, recall, and satisfactory results were obtained. Finally, the conclusion of this work is presented, in addition to proposals for future work.

As Geotecnologias vêm sendo um tema presente na abordagem do ensino da Geografia, tanto pelo seu potencial didático pedagógico como para o estudo do espaço geográfico. No entanto, constata-se que em diversas escolas públicas do Estado do Rio Grande do Norte pouco se contempla o uso pedagógico das Geotecnologias no processo de ensino-aprendizagem no ensino de Geografia. Neste sentido, foi pensado uma proposição didático metodológica que colaborasse na compreensão dos fenômenos geográficos, por meio de Geocenários Digitais no ensino básico e para além deste. Neste contexto, nosso problema de pesquisa considera que os livros didáticos de Geografia no ensino básico são insuficientes para a compreensão dos conteúdos geográficos conforme estudos de Martins (2019). Assim, os Geocenários Digitais podem ser um recurso pedagógico com elevado potencial para qualificar e inovar o ensino dessa disciplina, sobretudo para o tema Paisagem, permitindo observar um mesmo conteúdo geográfico em diferentes escalas (local e global), interligado à diferentes contextos de maneira interdisciplinar e multidimensional. O estudo se pauta na seguinte questão: Quais as contribuições teóricas, metodológicas e didático-pedagógicas dos Geocenários Digitais como recursos potencializadores da aprendizagem do ensino da Geografia? O objetivo geral propõese desenvolver Geocenários Digitais enquanto linguagem de ensino aplicado na Geografia escolar, por meio da elaboração de cenários didáticos que contemplem diferentes temas da Geografia. Desta forma, nosso percurso analítico visa demonstrar como os conteúdos geográficos apresentados na ótica dos Geocenários Digitais podem contribuir para o alcance dos objetivos de aprendizagem e ensino no tocante ao desenvolvimento do raciocínio geográfico. Definiu-se, portanto, como objetivos específicos: a) elaborar um diagnóstico dos professores que lecionam Geografia (anos finais do Ensino Fundamental da Rede Municipal de Currais Novos/RN); b) construir atividades formativas com professores participantes do estudo acerca do uso dos Geocenários Digitais; c) apresentar experiências de ensino e aprendizagem dos Geocenários Digitais em sala de aula visando organizar uma proposta didático-pedagógica para a inclusão desse recurso no ensino da Geografia. Teremos como arcabouço teórico os estudos de Bertrand (1971), Santos (1996) e Straforini (2004), na busca da construção teórica, metodológica e conceitual dos Geocenários Digitais, bem como, os estudos de Cavalcanti (1988) e Callai (2013), que discutem o ensino da Geografia, na atualidade. O estudo aplicado, de natureza exploratório e descritivo, se insere na abordagem da pesquisa qualitativa do tipo pesquisa-ação. Considera-se que essa proposta possibilita ampliar a base de conhecimentos dos professores no campo da Geografia, repercutindo na aprendizagem dos alunos por meio dos Geocenários Digitais. Geotechnologies have been a theme present in the approach of teaching Geography, both for its pedagogical didactic potential and for the study of geographic space. However, it appears that in several public schools in the State of Rio Grande do Norte little is considered the pedagogical use of Geotechnologies in the teaching-learning process in the teaching of Geography. In this sense, a methodological didactic proposal was thought to collaborate in the understanding of geographic phenomena, through Digital Geocenarians in basic education and beyond. In this context, our research problem considers that Geography textbooks in basic education are insufficient to understand the geographic content according to studies by Martins (2019). Thus, Digital Geocenarians can be a pedagogical resource with high potential to qualify and innovate the teaching of this discipline, especially for the Landscape theme, allowing to observe the same geographical content at different scales (local and global), interconnected to different contexts in an interdisciplinary way and multidimensional. The study is guided by the following question: What are the theoretical, methodological and didactic-pedagogical contributions of Digital Geocenarians as resources that enhance the learning of teaching Geography? The general objective is to develop Digital Geocenarians as a teaching language applied in school Geography, through the elaboration of didactic scenarios that contemplate different Geography themes. In this way, our analytical path aims to demonstrate how the geographic contents presented from the perspective of Digital Geocenarians can contribute to the achievement of the learning and teaching objectives with regard to the development of geographical reasoning. Therefore, the following objectives were defined: a) elaborate a diagnosis of teachers who teach Geography (final years of Elementary School of the Municipal Network of Currais Novos / RN); b) build training activities with teachers participating in the study about the use of Digital Geocenarians; c) to present experiences of teaching and learning of Digital Geo-scenarios in the classroom in order to organize a didactic-pedagogical proposal for the inclusion of this resource in the teaching of Geography. We will have as a theoretical framework the studies of Bertrand (1971), Santos (1996) and Straforini (2004), in the search for the theoretical, methodological and conceptual construction of Digital Geocenaries, as well as the studies of Cavalcanti (1988) and Callai (2013) , who discuss the teaching of Geography today. The applied study, of an exploratory and descriptive nature, is inserted in the qualitative research-action research approach. It is considered that this proposal makes it possible to expand the knowledge base of teachers in the field of Geography, with repercussions on students' learning through Digital Geocenarians.

A educação brasileira enfrenta desafios constantes quanto a efetivação da Alfabetização e Letramento. Nesse sentido, a sistematização dos documentos oficiais mediante a unificação na Base Nacional Comum Curricular surge como meio para se alcançar melhores resultados no desenvolvimento das habilidades pertinentes a essa etapa da escolarização. Ademais, cresce concomitantemente a produção científica de Softwares Educativos objetivando alfabetizar as crianças, tanto em se tratando de jogos, quanto programas de plataformas online ou offline. Porém, a produção destas ferramentas tende a ser sobreposta em número à avaliação de seus usos e aplicações. Ademais, mesmo com a produção massiva desses SE, instrumentos que os avaliem conforme a BNCC são praticamente inexistentes. Levando-se em consideração tais aspectos, e procurando responder a questão de pesquisa “Um instrumento de avaliação de software pode analisar se um SE auxilia no desenvolvimento das habilidades do Eixo Análise Linguística/Semiótica - Alfabetização da Base Nacional Comum Curricular?” Este trabalho se propôs a construir e validar um instrumento de avaliação de Softwares Educativos para a área da alfabetização e do letramento, tendo como base fundante a BNCC. Tendo como Objetivo Geral: Propor, validar e avaliar um instrumento de avaliação de Software educativo e como Objetivos Específicos: 1) Construção do instrumento; 2) Validação com professores da Educação Básica na rede pública através do uso livre do SE GCompris; 3) Avaliar sua eficácia mediante resultados da validação. Como principais resultados deste trabalho, estabeleceu-se esse instrumento como uma ferramenta para a escolha de um Software Educativo direcionado para Alfabetização de crianças, através da curadoria de uma equipe pedagógica, obtendo consistência interna no Estudo de Caso efetuado. Observa-se também, a abertura de caminhos para análises futuras devido tanto ao seu recorte teórico apenas Objetos de Conhecimento pertencentes ao Eixo Análise Linguística/Semiótica - Alfabetização, quanto ao uso de mais Softwares Educativos. Gerando como produto o referido instrumento validado por professores da Educação Básica. Brazilian education faces constant challenges regarding the effectiveness of Literacy and initial reading instruction. In this sense, the systematization of official documents through unification in the National Common Curricular Base appears as a means to achieve better results in the development of the skills relevant to this stage of schooling. In addition, the scientific production of Educational Softwares grows concomitantly, aiming to teach children to read and write, both when it comes to games and online or offline platform programs. However, the production of these tools tends to be superimposed in number on the evaluation of their uses and applications. Furthermore, even with the massive production of these SE, instruments that evaluate them according to the BNCC are practically nonexistent. Taking these aspects into consideration, and seeking to answer the research question “Can a software evaluation tool analyze whether an ES assists in the development of the skills of the Axis Linguistic / Semiotic Analysis - Literacy of the Common National Curriculum Base?” This work aimed to build and validate an Educational Software evaluation tool for the area of literacy and initial reading instruction, based on the BNCC. Having as General Objective: To propose, validate and evaluate an educational software evaluation instrument and as Specific Objectives: 1) Construction of the instrument; 2) Validation with Basic Education teachers in the public network through the free use of SE GCompris; 3) Assess its effectiveness through validation results. As the main results of this work, this instrument was established as a tool for choosing an Educational Software aimed at Literacy of children, through the curation of a pedagogical team, obtaining internal consistency in the case study carried out. It is also observed, the opening of paths for future analysis due to its theoretical focus only Knowledge Objects belonging to the Linguistic / Semiotic Analysis - Literacy Axis, as well as the use of more Educational Software. Generating as a product the referred instrument validated by teachers of Basic Education.

A Internet das Coisas Industrial (IIoT) é frequentemente apresentada como um conceito que está mudando significativamente o cenário tecnológico das indústrias, através de procedimentos de automação e identificação de objetos relevantes. Para tanto, problemas de confiabilidade e desempenho devem ser considerados ao se fornecerem os serviços de comunicação previstos. Ao empregar a Identificação por Radiofrequência (RFID) no contexto da IIoT, diversas pesquisas anteriores atuaram para melhorar a eficiência dos seus sistemas de comunicação, geralmente definindo modelos matemáticos para o planejamento e a avaliação da qualidade. No entanto, tais modelos são projetados com base em comunicações livres de erros, o que de fato é irreal quando se considera a natureza propensa às falhas das comunicações sem fio em plantas industriais. Portanto, esta tese propõe um novo algoritmo anticolisão para RFID, juntamente com um modelo formal baseado em Redes de Petri Estocásticas Generalizadas (GSPN) para avaliar as comunicações RFID, modelando diferentes possibilidades de erros entre leitores e etiquetas. Uma vez que essa proposta emprega os parâmetros EPCGlobal UHF Classe 1 Gen2 como referência, que já são adotados pelo protocolo anticolisão Dynamic Frame Slotted Aloha para sistemas RFID passivos, esse modelo pode ser explorado para avaliar o desempenho e a confiabilidade de diferentes protocolos de acesso ao meio RFID ao assumir canais ruidosos, suportando melhores comparações entre diferentes algoritmos e protocolos. Os resultados demonstraram que o algoritmo proposto consegue apresentar melhor resultado em relação aos demais protocolos avaliados, principalmente na presença de canais ruidosos e de um grande número de etiquetas para serem lidas. Os cenários de simulação são definidos para apresentar resultados de confiabilidade e desempenho, ao avaliar as leituras da etiqueta RFID, que são essenciais ao projetar e manter aplicações IIoT. The Industrial Internet of Things (IIoT) is often presented as a concept that is significantly changing the technological landscape of industries, through automation procedures and identification of relevant objects. Therefore, reliability and performance problems must be considered when providing the communication services provided. By using Radio Frequency Identification (RFID) in the context of IIoT, several previous researches have worked to improve the efficiency of their communication systems, generally defining mathematical models for planning and quality assessment. However, such models are designed based on error-free communications, which is in fact unrealistic when considering the fault-prone nature of wireless communications in industrial plants. Therefore, this thesis proposes a new anti-collision algorithm for RFID, together with a formal model based on Generalized Stochastic Petri Nets (GSPN) to evaluate RFID communications, modeling different possibilities of errors between readers and tags. Since this proposal uses the EPCGlobal UHF Class 1 Gen2 parameters as a reference, which are already adopted by the Dynamic Frame Slotted Aloha anti-collision protocol for passive RFID systems, this model can be explored to assess the performance and reliability of different access protocols to the RFID means by assuming noisy channels, supporting better comparisons between different algorithms and protocols. The results showed that the proposed algorithm is able to present a better result in relation to the other evaluated protocols, mainly in the presence of noisy channels and a large number of tags to be read. The simulation scenarios are defined to present results of reliability and performance, when evaluating RFID tag readings, which are essential when designing and maintaining IIoT applications.

Devido ao aumento das exigências no monitoramento de operação em plantas industriais, metodologias para detecção e diagnósticos de falhas na operação desses processos vêm ganhando cada vez mais protagonismo, pois podem contribuir em soluções mais assertivas e até preditivas nos componentes que geraram tais perturbações ao bom funcionamento do sistema. Com o crescimento das abordagens orientadas a dados, as Redes Neurais Artificiais se tornaram consideráveis aliadas na solução destes problemas, sendo que as Redes Neurais Recorrentes, em especial, ganharam força devido a sua afinidade em lidar com séries que possuem ligações temporais entre suas amostras, que é o caso de monitoramento de variáveis de processos industriais. Devido a esta relevância, nesta dissertação é analisado o desempenho de um modelo baseado em rede neural recorrente do tipo Long Short Term-Memory (LSTM) para a detecção e classificação de falhas em um processo de controle de nível em escala piloto. Para a análise de desempenho foi empregada uma metodologia baseada em testes estatísticos de Monte Carlo, onde se analisou a influência dos hiperparâmetros das redes LSTM, como quantidade de camadas e tamanho da entrada e regressores. A métrica escolhida para quantificar o desempenho da classificação de falhas foi a acurácia. Os dados obtidos a partir da operação da planta piloto continham 23 situações de distúrbios nesse processo, que foram provenientes de perturbações aplicados em componentes como atuador, sensor, válvulas e o próprio tanque de água. A metodologia adotada se mostrou bastante eficiente para analisar tanto o desempenho quanto a robustez dessas redes neurais para a atividade de classificação de falhas, além de indicar as melhores configurações de arquitetura da rede. Due to the increasing demands in the operation monitoring of industrial plants, methodologies for fault detect and diagnose in the operation of these processes are gaining more and more importance, because they can contribute to more assertive and even predictive repairs in the components that generated such disturbances to the proper functioning of the system. With the growth of data-oriented approaches, Artificial Neural Networks have become considerable allies in solving these problems, and Recurrent Neural Networks, in particular, has gained strength due to their affinity in dealing with series that have temporal links between their samples, which is the case of industrial process variables monitoring. Due to this relevance, this dissertation analyzes the performance of Long Short-Term Memory (LSTM) recurrent neural network for the detection and classification of faults in a pilot-scaled level control process. For the performance evaluation, a methodology based on Monte Carlo statistical tests was used, in which the influence of the LSTM network hyperparameters, such as the number of layers and size of the input and regressors, was analyzed. The accuracy was the metric chosen to quantify the fault classification performance. The data set obtained from the operation of the pilot plant contained 23 situations of disturbances in this process, which resulted from disturbances applied to components such as sensors, valves, and the water tank itself. The adopted methodology proved to be quite efficient to examine both the performance and the robustness of these neural networks for the fault classification activity, in addition to indicating the best network architecture configurations.

Um dos dilemas globais refere-se à acelerada transição urbana vivida nas últimas décadas. Por isso, é de suma importância a promoção de um desenvolvimento urbano sustentável para acomodar esse crescimento populacional. Nesse sentido, surge o conceito de habitabilidade, um princípio que combina atributos econômicos, sociais e ambientais a fim de promover a qualidade de vida e o bem-estar, e que é amplamente tratado na Nova Agenda Urbana (NAU) adotada pela Organização das Nações Unidas (ONU) em 2016. A NAU define políticas para promover a consolidação dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS), particularmente o Objetivo 11, focado em um futuro pró-urbano. Para efetivar tais objetivos é preciso acompanhar o andamento da sua implementação através de indicadores, contexto em que a habitabilidade pode se enquadrar como um indicador para esse propósito. Todavia, há um impasse relacionado à indisponibilidade, má qualidade e agregação dos dados existentes, dificultando esse monitoramento. Nesse cenário, este trabalho propõe a criação de um indicador de habitabilidade que, além dos dados tradicionais dos censos e de outros estudos oficiais, também utilize fontes de dados alternativas, como as disponibilizadas pela Uber, um serviço popular de viagens. Presumindo que o comportamento do serviço da Uber possa refletir a dimensão da habitabilidade, uma abordagem orientada à dados (ciência de dados) baseada na análise exploratória e espacial dos dados foi então conduzida, utilizando as Estimativas de Tempo até o Embarque (ETE) da Uber coletadas para o município brasileiro de Natal (RN). Uma estrutura própria de coleta contínua foi utilizada e uma análise do mecanismo de ausências dos dados foi feita para posterior tratamento por meio de uma técnica de imputação múltipla. A abordagem orientada a dados objetiva, por fim, a criação de um indicador composto, de tal modo que esse indicador possa representar, em algum nível, a habitabilidade para a cidade natalense. Em linhas gerais, para criar o indicador mencionado, efetuou-se uma análise multivariada seguida da aplicação de técnicas de ponderação e agregação sobre os dados da Uber e os dados das pesquisas tradicionais. A metodologia proposta foi aplicada em dois diferentes níveis de agregação espacial: Bairros e Unidades de Desenvolvimento Humano (UDH). Os resultados das análises mostraram como o serviço da Uber varia espacialmente e como ele reage a mudanças climáticas, festividades e outros eventos, além de apresentarem as relações desses dados com indicadores sociais e infraestruturais. Observou-se também que diferentes níveis de agregação espacial causam influências sobre as ETE da Uber e seu relacionamento com as variáveis socioeconômicas. Por fim, o indicador proposto foi criado para as UDH, podendo ser aplicado no monitoramento do desenvolvimento sustentável. Concluiu-se ainda que nas regiões administrativas Oeste e Norte de Natal há uma predominância de localidades com os piores indicadores de habitabilidade. One of the global dilemmas in the last decades has been the accelerated urban transition. Therefore, promoting sustainable urban development to accommodate population growth is extremely important. Under those circumstances, the concept of liveability arises, defined as a principle that combines economic, social and environmental attributes to promote quality of life and human well-being, and it has been widely discussed in the New Urban Agenda (NUA) adopted by the United Nations since 2016. NUA defines policies to promote the consolidation of Sustainable Development Goals (SDGs), with its Goal 11 focusing on a pro-urban future. To achieve those goals is recommended the use of indicators to supervise their implementation, thus the liveability concept can be associated with an indicator for that purpose. However, there are known issues related to data unavailability, poor quality and aggregation, that make the SDGs monitoring difficult. Considering the described scenario, this work proposes a liveability indicator that combines traditional data from census and other official surveys with alternative data sources, such as data from Uber, a popular ride-sharing service. Assuming that Uber service behavior can act as a proxy to liveability, a data science approach based on exploratory and spatial data analysis was conducted using Uber’s Estimated Time of Arrival (ETA) data sourced for the Brazilian city of Natal (RN). A data acquisition structure was developed and an investigation of missingness mechanism was performed in order to deal with missing data by means of a multiple imputation technique. This data science approach aims to build a composite indicator which can portray at some level the liveability for that city. In general, to create the proposed indicator, it was performed a multivariate analysis followed by the execution of weighting and aggregation methods on Uber and traditional surveys data. The proposed methodology was applied at two different spatial aggregation levels: Neighborhoods and Human Development Unities (HDUs). Results showed how the Uber service oscillates spatially and how it reacts to weather variations, festivals, and other events, as well as its relations with existing social and infrastructural indicators. It was also observed that different spatial aggregation levels affect the Uber ETA and its relations with socioeconomic variables. Finally, the proposed indicator was created at HDU scale to be applied in sustainable development monitoring. Furthermore, it was concluded that West and North administrative regions of Natal predominantly have localities with the worst liveability indicators.

O aprendizado de programação tem se demonstrado uma habilidade valiosa à formação de qualquer profissional, principalmente por se tratar de uma habilidade transversal relacionada à capacidade de sistematizar, analisar e resolver problemas em diferentes níveis de abstração e granularidade. O Ensino de programação, aliado ao desenvolvimento de sistemas para saúde por estudantes de cursos não ligados à computação, surge como contexto singular identificado no Laboratório de Inovação Tecnológica em Saúde - LAIS da Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN que promove a formação de pesquisadores em sistemas para saúde oriundos dos mais diversos projetos e bases de pesquisa do laboratório. Neste contexto, a pesquisa tem como objetivo principal sistematizar este ecossistema de aprendizagem ativa de programação centrado na experiência do estudante relacionando 4 (quatro) etapas, 10 (dez) processos, 43 (quarenta e três) atividades e 3 (três) modelos para artefatos em ciclos iterativos e incrementais denominados sprints educacionais, facilitadas por mentores e tutores de aprendizagem que atuam em times auto-organizados e crossfuncionais formados por pesquisadores com perfis de personalidade, curso e área de atuação transversais, complementares e interdependentes. A metodologia da pesquisa tem natureza aplicada, objetivos guiados pela pesquisa exploratória, tipo quali-quantitativa e seus procedimentos técnicos disciplinados majoritariamente pela pesquisa-ação. As principais contribuições do trabalho têm como cerne a descrição de etapas, processos e atividades que auxiliam no aprendizado ativo de programação em perspectiva de um ecossistema integrado, revisão sistemática da literatura sobre aprendizagem ativa de programação e avaliação de feedbacks acerca do ecossistema coletados perante estudantes da Escola de Programação do LAIS/HUOL/UFRN. Programming learning has proved to be a valuable skill for the education of any professional, mainly because it is a transversal skill related to the ability to systematize, analyze and solve problems at different levels of abstraction and granularity. Programming teaching, together with the development of health systems by students from non-computer courses, emerges as a unique context identified in the Health Technological Innovation Laboratory - LAIS of the Federal University of Rio Grande do Norte - UFRN, which promotes the formation of researchers in health systems from various laboratory projects and research bases. In this context, the main objective of this research is to systematize this active learning ecosystem of programming centered on the student experience by relating 4 (four) steps, 10 (ten) processes, 43 (forty three) activities and 3 (three) models for artifacts. in iterative and incremental cycles called educational sprints, facilitated by mentors and learning tutors working in self-organized and cross-functional teams of researchers with cross-cutting, complementary, and interdependent personality profiles, course, and field of expertise. The research methodology has an applied nature, objectives guided by exploratory research, qualitative and quantitative and its technical procedures mainly disciplined by action research. The main contributions of this work are the description of steps, processes and activities that assist in active programming learning in perspective of an integrated ecosystem, systematic review of the literature on active programming learning and evaluation of feedback about ecosystem collected from students of the LAIS / HUOL / UFRN Programming School.

As tecnologias estão ganhando cada vez mais espaço nos dias atuais e na área de educação, o cenário não é diferente. Esta tese buscou descrever todo o processo de criação e implantação do Sistema Integrado da Educação – SIGEduc na rede estadual de ensino, propondo a ampliação do módulo Escola Virtual com ênfase em um viés pedagógico. Elegemos como objetivo dessa tese, contribuir para a melhoria da educação da rede pública estadual utilizando-se de ferramentas digitais que propiciem a construção coletiva do conhecimento, mas também permitam o acesso a informações relevantes para a prática docente. Para isso, é necessário: Identificar lacunas na Escola Virtual do SIGEduc que prejudicam o processo ensino-aprendizagem; Ampliar o espaço pedagógico da Escola Virtual do SIGEduc, por meio da inserção de novas ferramentas digitais, que sejam interativas e dinâmicas; Propiciar aos professores indicadores avaliativos e relatórios pedagógicos dos alunos através da funcionalidade denominada de “observatório da vida do estudante”; Correlacionar os conteúdos ministrados dos professores com a BNCC gerando indicadores e percentuais que auxiliem na prática pedagógica do professor; e realizar a predição referente à EVASÃO do ano letivo atual, através de Inteligência Artificial, como forma de prevenção, para que os professores atuem junto à coordenação pedagógica da escola e diminuam o índice de abandono dos alunos. Utilizamos como referentes teórico-metodológicos uma proposta de cunho qualitativo, utilizando o método de Estudo de Caso. Do ponto de vista teórico, utilizamos a revisão bibliográfica. Para discutir a formação docente, lançamos mão dos estudos, fundamentalmente, de Ramalho, Núñez e Gauthier (2003) e Marcelo Garcia (2001); sobre as tecnologias nos apoiamos em Pretto (2011), Moran et al (2012). Technologies are gaining more and more space these days and in education, the scenario is no different. This thesis aimed to describe the entire process of creation and implementation of the Integrated Education System - SIGEduc in the state school system, proposing the expansion of the Virtual School module with emphasis on a pedagogical bias. We chose as objective of this thesis, to contribute to the improvement of the education of the state public network using digital tools that provide the collective construction of knowledge, but also allow the access to relevant information for the teaching practice. For this, it is necessary to: Identify gaps in the SIGEduc Virtual School that hinder the teaching-learning process; Expand the pedagogical space of the SIGEduc Virtual School, through the insertion of new interactive and dynamic digital tools; Provide teachers with evaluative indicators and pedagogical reports of students through the functionality called “student life observatory”; Correlate the contents taught by teachers with the BNCC generating indicators and percentages that help the teacher's pedagogical practice; and make the prediction related to the EVASION of the current school year, through Artificial Intelligence, as a form of prevention, so that the teachers act together with the pedagogical coordination of the school and reduce the dropout rate of the students. We used as theoreticalmethodological referents a proposal of a qualitative nature, using the Case Study method. From the theoretical point of view, we use the literature review. To discuss teacher education, we use the studies, mainly, by Ramalho, Núñez and Gauthier (2003) and Marcelo Garcia (2001); about technologies we lean on Pretto (2011), Moran et al (2012).

Com as revoluções tecnológicas e pedagógicas ocorridas desde o século passado, os processos de ensino e aprendizagem vêm se alterando em um ritmo acelerado, entretanto o mesmo não acontece de forma tão evidente com as formas de avaliação. Por exemplo, no Brasil os principais instrumentos de avaliação da educação a nível nacional são objetivos, como o SAEB, Prova Brasil, ANA, ENEM, ENADE e outros. Considerado o universo de 18 milhões de discentes do ensino médio e superior em 2018 essa é uma estratégia compreensível. Mas não deveria ser replicada dentro de cada sala de aula individualmente, cujos universos particulares são em quantidade muito menor, com apenas dezenas de discentes. Nesse contexto podem ser utilizadas outras formas de avaliação, como avaliações subjetivas. Considerado isso, mapas conceituais já se estabeleceram como um instrumento pedagógico apropriado para visualização e avaliação subjetiva da aprendizagem. Dentro da perspectiva avaliativa é comum nas instituições, incluindo o IFRN, locus deste trabalho, serem estabelecidos três principais formas: diagnóstica, formativa e somativa. Mapas conceituais costumam ser usados como instrumentos diagnósticos e formativos, mas dificilmente como instrumentos somativos, por serem considerados qualitativos e não quantitativos. Apesar de já existirem programas de computador que permitem a criação e manipulação de mapas conceituais, existe uma lacuna a ser preenchida: softwares que auxiliem a avaliação somativa de mapas conceituais. Existem critérios utilizados para avaliação e correção de mapas conceituais, mas inexistem ferramentas digitais que os utilizem apropriadamente, ou que permitam que os docentes criem seus próprios critérios. A partir dessa necessidade, propõe-se este trabalho, que se trata de uma pesquisa aplicada que teve como objetivo geral desenvolver o software Xavier, seguindo o processo de engenharia de software proposta por Sommerville (2011). Metodologicamente, os objetivos específicos deste trabalho são: descrever critérios para avaliação de mapas conceituais e sua aplicação computacional; estabelecer metodologia para o uso do software; conceituar, projetar e desenvolver o software educativo. Para a produção dos artefatos de software das etapas de conceituação e projeto foram utilizadas as ferramentas Lucidchart e Astah Professional 8.1. Na etapa de construção foram usadas as ferramentas Apache 2.4, MariaDB 10.4, PHP 7.3 e phpMyAdmin 4.9, a resultar na disponibilização do software no domínio www.xavieredu.com.br. A perspectiva teórica necessária para embasar o aspecto educacional está pautada nas concepções de Luckesi (2011), Moreira (2015), Novak e Cañas (2010) e Viana (2016). Com a disponibilização do Xavier, espera-se difundir o uso de mapas conceituais e sua aplicação enquanto avaliação da aprendizagem. Due to the technological and pedagogical revolutions that have occurred since the last century the teaching and learning processes have been changing at a fast pace, however the same is not so evident with the forms of assessment. For example, in Brazil the main instruments of education assessment at national level are objective, such as SAEB, Prova Brasil, ANA, ENEM, ENADE and others. Considering the universe of 18 million high school and college students in 2018, this is an understandable strategy. But it should not be replicated within each individual classroom, whose private universes are much smaller, with only dozens of students. In this context other forms of evaluation may be used, such as subjective evaluations. Considering this, concept maps have already been established as an appropriate pedagogical instrument for visualization and subjective assessment of learning. Within the evaluative perspective, it is common in institutions, including the IFRN, locus of this work, to establish three main forms: diagnostic, formative and summative. Concept maps are often used as diagnostic and formative tools, but hardly as summative tools because they are considered qualitative rather than quantitative. Although there are already computer programs that allow the creation and manipulation of concept maps, there is a gap to be filled: software that assists in the summative evaluation of concept maps. There are criteria used to evaluate and correct concept maps, but there are no digital tools to use them properly, or to allow teachers to create their own criteria. From this need, this work arises, which is an applied research that aimed to develop the Xavier software, following the software engineering process proposed by Sommerville (2011). Methodologically, the specific objectives of this work are: to describe criteria for evaluation of conceptual maps and their computational application; establish methodology for the use of the software; conceptualize, design and develop the educational software. To produce the software artifacts of the conceptualization and design stages, the Lucidchart and Astah Professional 8.1 tools were used. In the construction phase were used the tools Apache 2.4, MariaDB 10.4, PHP 7.3 and phpMyAdmin 4.9, resulting in the availability of the software in the domain www.xavieredu.com.br. The theoretical perspective needed to support the educational aspect is based on the conceptions of Luckesi (2011), Moreira (2015), Novak and Cañas (2010) and Viana (2016). With the availability of Xavier, it is expected to spread the use of concept maps and their application as a learning assessment.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Dos diversos métodos de tomada de decisão existentes, os métodos fuzzy hierárquicos vêm se destacando como ferramentas adequadas para tratar de aplicações complexas, com alto grau de subjetividade. Neste contexto, insere-se o produto energia elétrica. Em geral, o diagnóstico de qualidade da energia é uma prática difícil devido as subjetividades inerentes ao processo de análise, as nuances dos diferentes padrões existentes em todo o mundo, e características de incerteza dos parâmetros de avaliação. Nesta tese, propõe-se uma nova metodologia de diagnóstico de qualidade da energia baseada na teoria hierárquica fuzzy tipo cascata. O método proposto analisa parâmetros de qualidade em regime permanente a partir de vários padrões existentes no mundo, e fornece um diagnóstico linguístico/quantitativo, no qual, as contribuições dos índices analisados são ponderadas sobre a qualidade da energia do sistema avaliado. O método de diagnóstico foi implementado primeiramente a partir de duas arquiteturas hierárquicas difusas existentes na literatura (convencional e livre de defuzzificação), e posteriormente, por uma nova arquitetura (com defuzzificação adicional de camadas). A arquitetura proposta foi desenvolvida para agregar as principais vantagens das arquiteturas convencional e livre de defuzzificação no intuito de tornar o método de diagnostico mais completo e robusto. Este estudo propõe que a saída de cada subsistema obtida a partir de um processo primário de tomada de decisão seja transferida diretamente entre as camadas hierárquicas, sem perda de informação linguística, para obtenção de um diagnóstico resultante de qualidade da energia. Ademais, um processo secundário de tomada de decisão é realizado em conjunto com um método de defuzzificação adicional no intuito de obter um diagnóstico específico complementar na saída de cada subsistema da hierarquia. O método de diagnóstico desenvolvido a partir da arquitetura proposta, apresentou resultados satisfatórios em comparação as duas arquiteturas existentes. Após validação do método de diagnóstico e da arquitetura hierárquica fuzzy, apresentados nesta tese, como resultado final da presente pesquisa, é proposto um sistema wavelet-fuzzy com método de inferência genérica baseado em funções overlap estendidas, como uma nova ferramenta capaz de monitorar a qualidade da energia em sistemas elétricos com inserção de energias renováveis. Among various existing decision-making methods, hierarchical fuzzy methods have emerged as a suitable tool for dealing with complex applications which have many input variables and a high degree of subjectivity. In this context, the product of electric energy stands out. In general, the diagnosis of energy quality is a difficult practice due to the subjectivities inherent to the analysis process, nuances among different standards existing in the world, and uncertainties of evaluation parameters. This thesis proposes a new methodology for the power quality diagnosis based on the hierarchical fuzzy theory with a cascade-type architecture. The proposed method analyzes the quality parameters in steady-state electrical systems based on different existing standards in the world and performs a linguistic/quantitative diagnosis in which the contributions of the analyzed indices are weighted on the power quality of the evaluated system. Firstly, the diagnosis method was implemented from two hierarchical fuzzy architectures known (conventional and defuzzification free). Posteriorly, a new proposed architecture with additional defuzzification of layers was developed to aggregate the main advantages of conventional and defuzzification free in order to make the diagnosis method more complete and robust. This study proposes that the output of each subsystem obtained from primary decision-making process is transferred directly between the hierarchical layers, without loss of linguistic information, to obtain a resultant power quality diagnosis. In addition, a secondary decision-making process is performed together with an additional defuzzification method in order to obtain a complementary specific diagnosis at the out of each hierarchical subsystem. The diagnosis method based on the proposed fuzzy architecture presented satisfactory results when compared with the two existing architectures. After validation of the diagnosis method and hierarchical fuzzy architecture, both presented in this thesis, at the end of research, an wavelet-fuzzy system with generic inference method based on extended overlap functions is proposed as a new tool able of monitoring the power quality in renewable energy systems.

A necessidade de detectar relações de causalidade entre processos, eventos ou variáveis está presente em diversas áreas do conhecimento, por exemplo, computação distribuída, mercado de ações, indústria, medicina, etc. Isso ocorre porque a identificação dessas relações pode, muitas vezes, ser útil na solução de diversos problemas. Por exemplo, manter a consistência de bancos de dados replicados ao escrever algoritmos distribuídos ou otimizar a compra e venda de ações no mercado financeiro. Neste contexto, esta dissertação propõe uma nova metodologia para detecção de relações de causalidade em sistemas utilizando critérios de informação e redes Bayesianas para gerar uma estrutura de conexões entre séries temporais, de tempo discreto, mais provável. Modelando o sistema como um grafo, no qual os nós são as séries temporais discretas e as arestas representam as relações, a ideia principal deste trabalho é detectar relações de causalidade entre os nós. Essa detecção é feita usando o método de transferência de entropia, que é um método para quantificar a transferência de informação entre duas variáveis, e o algoritmo K2, um método heurístico cujo objetivo é encontrar a estrutura de rede Bayesiana mais provável, dado um conjunto de dados. Porque o K2 depende da premissa de ter uma estrutura previa que define a hierarquia entre os nós da rede, é proposto na metodologia a criação desta pré-ordem considerando as relações diretas e indiretas, e a modelagem destas de acordo com o atraso entre causa e efeito. Além disso, sabendo que o algoritmo K2 considera que cada instância do conjunto de dados ocorre simultaneamente, a metodologia proposta modifica o algoritmo original inserindo nele a dinâmica desses atrasos. Esta modificação provê um mecanismo para comparar as relações de causalidade direta e indireta em relação à contribuição destas para a estrutura da rede. Como resultado obtém-se um grafo que representa relações de causalidade entre as séries, com os atrasos das relações explicitadas. The need for detecting causality relations of process, events or variables is present in many areas of knowledge, e.g., distributed computing, the stock market, industry and medical sector. This occurs because the knowledge of these relations can often be helpful in solving a variety of problems. For example, maintaining the consistency of replicated databases when writing distributed algorithms or optimizing the purchase and sale of stocks in the stock market. In this context, this dissertation proposes a new methodology for detecting causality relations in systems by using information criteria and Bayesian networks to generate the most probable structure of connections between discrete time series. Modeling the system as a directed graph, in which the nodes are the discrete time series and the edges represent the relations, the main idea of this work is to detect causality relations between the nodes. This detection is made using the method of transfer entropy, which is a method to quantify the information transferred between two variables, and the K2 algorithm: a heuristic method whose objective is to find the most probable belief-network structure, given a data set. Because K2 depends on the premise of having a previous structure that defines the hierarchy among the network nodes, it is proposed in the methodology the creation of the previous ordering on the nodes considering direct and indirect relations, and the modeling of these relations according to the lag between cause and effect. In addition, knowing that the K2 algorithm considers that each case of the data set occurs simultaneously, the proposed methodology modifies the original algorithm by inserting the dynamics of these lags into it. This modification provides a mechanism for comparing direct and indirect causality relations regarding its contribution to the structure. As the result, it is obtained a graph of causality relations between the series, with the relation’s lags being explicit.

Industrial plants are composed of processes that add up to thousands of variables. To ensure safety and quality of operation, these processes are monitored and alarms are configured to indicate a possible malfunction. Among the most common problems associated with industrial alarms we can mention: high occurrence of false alarms, missed alarms and chattering alarms, operator overload and alarm flooding. These problems are related to the process of selection of the monitored variables, the techniques of activation and deactivation of alarms, among other characteristics of the process and the alarm system. This work focuses on defining an approach to configure efficient and significant alarms for the operator. The approach proposed here is inspired by the workflow of a data scientist who initially needs to identify the characteristics of the databases used to then apply transformations that make the data more suitable allowing the extraction of valuable information. Many times the scientist is interested in creating a model that describes the data or makes predictions possible. This is a very similar task of alarm configuration where it is necessary to select the relevant variables and to configure the settings of each alarm in order to classify the operation of the process as appropriate or not and to help identify the fault. The approach proposed here consists of four parts: description of data, selection of variables, tuning and performance evaluation. During the description step, relevant information about the data is obtained, such as the presence of events, the number of different events, the duration of events, etc. In the selection stage, the relevant variables for detection of abnormalities are defined. The tuning of alarms is similar to a training process, where a model is built to describe the behavior of the data. Finally during the evaluation, the settings found are applied to a process history to asses whether the settings behave in a way that meets security and quality constraints. In order to validate the proposal, a case study for industrial alarm configuration was carried out using the Tennessee Eastman Process, which is a benchmark simulator widely used by the academic community. As plantas industriais são compostas por processos que somam milhares de variáveis. Visando garantir segurança e qualidade à operação, esses processos são monitorados e alarmes são configurados de modo a indicar algum possível mau funcionamento. Dentre os problemas mais comuns associados aos alarmes industriais podemos citar: alta ocorrência de falsos alarmes, alarmes perdidos e alarmes ruidosos, sobrecarga dos operadores e enxurrada de alarmes. Estes problemas estão relacionados com o processo de seleção das variáveis monitoradas, as técnicas de ativação e desativação de alarmes, entre outras características do processo e do sistema de alarme. Este trabalho tem como foco definir uma abordagem para configurar alarmes eficientes e significativos para o operador. A abordagem aqui proposta tem inspiração no fluxo de trabalho de um cientista de dados que inicialmente precisa identificar as características das bases de dados utilizadas para então aplicar transformações que tornem os dados mais adequados possibilitando a extração de informações valiosas. Muitas vezes o cientista está interessado em criar um modelo que descreve os dados ou possibilita predições. Esta é uma tarefa muito similar a de configuração de alarmes onde é necessário selecionar as variáveis relevantes e definir as configurações de cada alarme de maneira a classificar o funcionamento do processo como adequado ou não e auxiliar a identificar a falha. A abordagem proposta aqui é constituída de quatro partes: descrição dos dados, seleção de variáveis, sintonia e avaliação de desempenho. Durante a etapa de descrição são obtidas informações relevantes sobre os dados como presença de eventos, quantidade de eventos distintos, duração de eventos, etc. Na etapa de seleção são definidas as variáveis relevantes para detecção de anormalidades. A sintonia dos alarmes é similar a um processo de treinamento, onde um modelo é construído para descrever o comportamento dos dados. Finalmente durante a avaliação, as configurações encontradas são aplicadas a um histórico do processo para aferir se as configurações se comportam de maneira a atender restrições de segurança e qualidade. Como estudo de caso, uma configuração de alarmes industriais foi obtida para o Tennessee Eastman Process que é um simulador amplamente usado pela comunidade acadêmica.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Os processos industriais de grande porte estão sujeito a falhas em seus milhares de componentes, podendo levar a paradas não programadas, perda de qualidade do produto, danos aos equipamentos ou até mesmo acidentes. Nesse sentido, o sistema de alarmes é parte necessária no auxílio na identificação de anormalidades na operação de processos industriais. No entanto, em momentos de falhas ou distúrbios, é comum os operadores ficarem sujeitos a centenas de alarmes, causando sobrecarga na sua capacidade de processamento da informação recebida. Esse fenômeno é conhecido como avalanche de alarmes e tratá-lo é um grande desafio para os sistemas de alarmes modernos. Assim, diante da relevância deste problema, nesta tese é proposta uma metodologia de processamento de alarmes on-line voltada ao auxílio ao operador na identificação e classificação de situações anormais do processo, especialmente em momentos de sobrecarga de alarmes. Para validação da proposta foi realizado um estudo de caso em um simulador de processo largamente utilizado e aceito pela comunidade científica chamado de Tennessee Eastman Process. Os resultados indicaram que a metodologia é eficiente para identificar e acompanhar os cenários de anormalidade em curso em processos industriais. Industrial processes are subject to failures in their thousands of components at any time and can lead to shutdowns, loss of product quality, equipment damage or even accidents. In this sense, the alarm system is necessary to aid in the identification of process abnormalities. However, during a process failure it is common for the operator to be subjected to hundreds of alarms causing overload beyond the human processing capacity. This phenomenon is known as alarm flood and to treat them properly is a challenge for the modern alarms systems. Thus, the present work aims at the development of an online alarm processing methodology capable of assisting the operator in the identification and classification of abnormal situations of the process, especially in moments of alarm overload. To validate the proposal, a case study was carried out on a process simulator widely used and accepted by the scientific community called Tennessee Eastman Process. The results indicate that it is important to identify and monitor the abnormality scenarios underway in industrial processes. The results show that the methodology is efficient to identify and follow the abnormality scenarios in progress in industrial processes.

A inversão de matrizes de ordem extremamente alta tem sido uma tarefa desafiadora devido ao processamento e à capacidade de memória limitados dos computadores convencionais. Em um cenário em que os dados não cabem na memória, é oportuno considerar a troca de mais tempo de processamento por menos uso de memória para permitir a computação da inversa matricial, o que seria proibitivo de outra forma. Sendo assim, este trabalho apresenta um novo algoritmo para o cálculo da inversa de matrizes particionadas em blocos com uso reduzido de memória. O algoritmo funciona de forma recursiva para inverter um bloco de uma matriz Mk×k , com k ≥ 2, com base na divisão de M, sucessivamente, em matrizes de menor ordem. Este algoritmo, denominado BRI (do inglês, Block Recursive Inversion), calcula um bloco da matriz inversa por vez para limitar o uso da memória durante todo o processamento. Considerando que o baixo consumo de memória, proporcionado pelo BRI, é contrabalanceado por um maior tempo de processamento, este trabalho também discorre sobre uma implementação paralela, em OpenMP, do algoritmo a fim de reduzir o tempo de processamento e ampliar sua aplicabilidade. Além disso, uma melhoria no algoritmo sequencial é proposta. Como aplicação prática, o algoritmo proposto foi utilizado no processo de validação cruzada para Máquinas de Vetor de Suporte por Mínimos Quadrados (LS-SVM, do inglês, Least Squares Support Vector Machines). Este procedimento computacional utiliza o cálculo da matriz inversa para encontrar os rótulos esperados das amostras de testes na validação cruzada. Os resultados experimentais com o BRI demonstraram que, apesar do aumento da complexidade computacional, matrizes, que de outra forma excederiam o limite de uso da memória, podem ser invertidas usando esta técnica. The inversion of extremely high order matrices has been a challenging task because of the limited processing and memory capacity of conventional computers. In a scenario in which the data does not fit in memory, it is worth to consider exchanging more processing time for less memory usage in order to enable the computation of the inverse, which otherwise would be prohibitive. Therefore, this work introduces a novel algorithm to compute the inverse of block partitioned matrices with a reduced memory footprint. The algorithm works recursively to invert one block of a k×k block matrix M, with k ≥ 2, based on the successive splitting of M into lower order matrices. This algorithm, called Block Recursive Inverse (BRI), computes one block of the inverse at a time to limit memory usage during the entire processing. Considering that the low memory consumption, provided by the BRI, is counterbalanced by longer processing time, this work also discusses a parallel implementation of the algorithm in OpenMP to reduce the running time and to extend its applicability. Additionally, an improvement in the sequential algorithm is proposed. As a practical application, the proposed algorithm was applied in the cross-validation process for Least Squares Support Vector Machines (LS-SVM). This computational procedure uses the inverse matrix calculation to find the expected labels of the test samples in the cross-validation. Experimental results with BRI show that, despite increasing computational complexity, matrices that otherwise would exceed the memory-usage limit can be inverted using this technique

Historicamente as cidades seguem modelos de planejamento reativos onde o gestor toma decisões conforme a ocorrência dos problemas. Por outro lado, o crescimento exponencias das Tecnologias da Informação e Comunicação (TIC) tem permitido que diversos sensores, dispositivos, sistemas e objetos se conectem, gerando dados que podem ser transformados em informação e usados em um paradigma de planejamento urbano mais eficiente onde as decisões podem ser tomadas antes que os problemas ocorram. Assim, nesse trabalho será desenvolvido um software capaz de estimar a quantidade de dióxido de carbono, a partir de leituras de sensores existentes em veículos, que irá contribuir para o planejamento proativo das cidades a partir do monitoramento da poluição veicular. Técnicas de CrowdSensing e um leitor On-Board Diagnostic (OBD-II) serão utilizados para extrair dados dos veículos em tempo real, armazenados localmente nos aparelhos que foram coletados. Por fim, podemos ver que a partir das informações obtidas, existe a possibilidade de se extrair informações a respeito do funcionamento do veículo e até mesmo realizar inferências sobre a dinâmica dos veículos nas cidades, mostrando potencial para o desenvolvimento de ferramentas auxiliares a gestão dos centros urbanos. Traditionally, cities planning has followed reactive decision models based on the occurrence of problems. With the development and spread of communication and information technologies, the interconnection of electronic devices has opened a new era of data exchanging and processing, potentially supporting more efficient decisions in modern cities. This paper then proposes a software, capable of estimating the amount of carbon dioxide from existing sensor readings in vehicles, which aims to support more proactive planning and management of modern cities, addressing the problem of vehicular pollution monitoring. For that, a crowdsensing approach and the OBD-II standard are exploited to dynamically extract data from vehicles to be processed and delivered. Finally, we can see that with the information obtained, it is possible to extract information about the operation of the vehicle and even make inferences about the dynamics of the vehicles in the cities, showing potential for the development of auxiliary tools for the management of urban centers .

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Com a ascensão da Industria 4.0, comunicação sem fio tem se tornado uma tendência em ambientes industriais, poupando recursos e possibilitando novas applicações quando comparada com tecnologias cabeadas. Neste contexto, as especificações WirelessHART e ISA100.11a tem emergido como soluções padrões. Apesar do alto grau de aplicabilidade, devido a natureza de seus desafios (confiabilidade, consumo de energia, tolerância a falhas, atrasos constantes), redes industriais sem fio são usadas, na maioria das aplicações, para monitoramento. Devido a esses motivos e o caráter conservador da industria, a demanda para avaliação e garantia de confiabilidade em Sistemas de Controle sobre Redes sem Fio (Wireless Networked Control System - WNCS) é iminente. Visando esclarecer e desmistificar o uso de tecnologias sem fio em malhas de controle na industria, este presente trabalho traz uma visão geral de WNCS e experimentos práticos de avaliação que permitem analisar o comportamento de redes WirelessHART e ISA100.11a no control e de processos através do controle de uma malha de nível por algoritmo PID implementado numa aplicação host. O estudo fez uso dos kits SmartMesh WirelessHART Starter Kit e Nivis ISA100.11a Integration kit, da Dust-Networks e Nivis, respectivamente, para estabelecer as redes sem fio, aliados aos transmissores de pressão 3051S (Emerson) e EJX110 (Yokogawa), e garante confiabilidade e eficiência de aplicações de controle sobre redes sem fio.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) As tecnologias digitais da informação e comunicação – TDICs vêm ocupando cada vez mais espaço nas relações humanas. Esse fato tem retroalimentado a produção nessa área fazendo com que surjam novas tecnologias e formas de agregá-las à vida cotidiana das pessoas. O campo educacional, historicamente, vem incorporando essas mudanças tecnológicas de forma gradualmente mais lenta. Esta tese buscou compreender como as TDICs têm se inserido no contexto escolar, notadamente, na prática pedagógica dos professores. Estabelecemos como parâmetro as tecnologias emergentes, para perceber qual o grau de distanciamento/aproximação entre o acesso a essas tecnologias e a prática dos docentes. Elegemos como objetivo dessa tese, verificar em que medida os professores utilizam as tecnologias emergentes e, a partir desse diagnóstico, elaboramos um modelo de plataforma que propicie formação permanente e colaborativa que, no formato de rede social, possa auxiliar os professores a intercambiar informações acerca dos conhecimentos produzidos em sua prática. Utilizamos como referentes teórico-metodológicos a pesquisa quali-quanti, a qual possibilitou a análise de dados estatísticos, assim como a leitura qualitativa do contexto da pesquisa. Do ponto de vista teórico, utilizamos a revisão bibliográfica. Para discutir a formação docente, lançamos mão dos estudos, fundamentalmente, de Ramalho, Núñez e Gauthier (2003), Perrenoud (2000) e Marcelo Garcia (2001); os escritos de Pedró (2010) para pensarmos o conceito de inovação e, sobre as tecnologias nos apoiamos em Pretto (2011), Moran et al (2012) e Buzato (2010). Realizamos uma revisão documental, tendo por lastro, o marco legal, especialmente, a partir da Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional n. 9394/1996, os Parâmetros Curriculares Nacionais, as Diretrizes Curriculares Nacionais e o atual Plano Nacional de Educação, além da legislação específica voltada para as TDICs, que fundamentam as políticas públicas na área. Ainda utilizamos como técnica de pesquisa, o estado da arte, cujo levantamento pautou-se na compilação das principais pesquisas empíricas realizadas com professores brasileiros acerca da utilização das TDICs em sua prática pedagógica. Sobre as tecnologias emergentes, consultamos as principais publicações internacionais, com vistas a compor um quadro atualizado. Como resultado, foi possível verificar que os professores não utilizam de forma satisfatória as tecnologias digitais na sua prática, mas estão constantemente conectados; são motivados pelos pares, alunos, documentos oficiais e pela coordenação pedagógica; há políticas de fomento à inserção das TDICs em sala de aula e que a literatura científica sobre tecnologias emergentes na educação ainda é muito recente, sem especificações das tecnologias, suas aplicações educacionais e critérios objetivos de avaliação. Ademais, os principais fatores que obstaculizam sua utilização gravitam em torno da falta de condições infraestruturais para utilizar as tecnologias na sala de aula; dificuldade de acesso a uma diversidade maior de recursos tecnológicos, com infraestrutura adequada e competência para realizar essa mediação didática e, matrizes curriculares dos cursos de formação inicial e continuada que privilegiem outras competências em detrimento do ensino com tecnologias digitais. Para dirimir algumas dessas dificuldades explicitamos a Abordagem Tecnológica Tridimensional para Inovação no Ensino – TTATI, modelo de formação permanente, aberto e colaborativo que busca melhorar o acesso e utilização das TDICs, em especial as tecnologias emergentes, na prática docente e, em última instância, a melhoria da qualidade da educação. Digital information and communication technologies - TDICs have been taking up more and more space in human relations. This fact has fed the production in this area causing new technologies to emerge and new ways of adding them to the daily life of people. The educational field, historically, has been incorporating social changes in a more gradual way. This work sought to understand how the TDICs have been inserted in the school context, especially in the pedagogical practice of teachers. We established as a parameter the emerging technologies, in order to understand the degree of distance / approximation between access to these technologies and the practice of teachers. We chose the objective of this work, to verify the extent to which teachers use the emerging technologies and, from this diagnosis, we elaborate a platform model that provides permanent and collaborative training that, in the social network format, can help teachers to exchange information about knowledge produced in their practice. We used as qualitative-methodological references the quali-quanti research, which enabled the analysis of statistical data, as well as the qualitative reading of the context of the research. From the theoretical point of view, we used the bibliographic review. In order to discuss teacher education, we have used the studies, mainly by Ramalho, Núñez and Gauthier (2003), Perrenoud (2000) and Marcelo Garcia (2001); (Morro et al., 2012) and Buzato (2010). In this paper, we present a case study of the concept of innovation. We carried out a documentary review, taking into account the legal framework, especially, based on the Law of Guidelines and Bases of National Education n. 9394/1996, the National Curricular Parameters, the National Curricular Guidelines and the current National Education Plan, in addition to the specific legislation focused on the TDICs, which underpin public policies in the area. We still use the state of the art as a research technique, whose survey was based on the compilation of the main empirical research carried out with Brazilian teachers about the use of TDICs in their pedagogical practice. On emerging technologies, we consult the main international publications, with a view to compiling an updated table. As a result it was possible to verify that teachers do not use digital technologies in their practice satisfactorily, but are constantly connected; are motivated by peers, pupils, official documents and pedagogical coordination; there are policies to promote the insertion of TDICs in the classroom and that the scientific literature on emerging technologies in education is still very recent, with no specifications of the technologies, their educational applications and objective evaluation criteria. In addition, the main factors that hamper its use gravitate around the lack of infrastructural conditions to use the technologies in the classroom; difficulty in accessing a greater diversity of technological resources, with adequate infrastructure and competence to carry out this didactic mediation, and curricular matrices of initial and continuing training courses that privilege other skills to the detriment of teaching with digital technologies. In order to solve some of these difficulties, we explain the Three - Dimensional Technological Approach to Innovation in Teaching - TTATI, a model of permanent, open and collaborative training that seeks to improve the access and use of TDICs, especially emerging technologies, teaching practice and, ultimately, improving the quality of education.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Nos últimos anos vem sendo observado um aumento na quantidade de pesquisas que usam órteses ativas para reabilitação ou compensação funcional de pacientes sofrendo algum nível de lesão medular. Apesar dos inúmeros avanços obtidos, ainda existem vários desafios relacionados à redução do consumo energético e à capacidade do dispositivo em sintetizar movimentos antropomórficos. Além disso, estudos apontam que é importante levar em consideração características individuais dos usuários, o que se mostra uma tarefa não trivial. Uma possível abordagem para tais problemas é utilizar modelagem de caminhada para gerar referências de movimentos antropomórficos para o dispositivo. Recentemente alguns estudos apontaram o uso de métodos estatísticos para modelagem de caminada, apresentando uma nova possibilidade para a solução de gerar trajetórias para articulações. Um desses métodos é o método PCA (do inglês Principal Component Analysis). A principal característica do PCA é sua capacidade de separar em componentes diferentes comportamentos encontrados em um conjunto de dados. Quando aplicado em parâmetros de caminhada, é possível organizar tais componentes em características gerais e individuais. Dentro deste contexto, esta tese apresenta um método de geração de trajetórias angulares de articulações a serem executadas por uma órtese ativa de membros inferiores. O método proposto leva em consideração peculiaridades da marcha de cada usuário. O método utiliza PCA para extrair características compartilhadas dentro de um banco de dados, levando em consideração varíaveis diretamente relacionada à marcha humana, como ângulos de articulações e dados do corpo do usuário. As trajetórias angulares de articulações são representadas em função de um número de componentes harmônicas a partir da série de Fourier. A habilidade de geração de marcha do método proposto foi validada a partir de experimentos envolvendo um protótipo de órtese ativa para membros inferiores, onde o rendimento do dispositivo foi medido através do consumo energético dos motores e esforço metabólico exercido pelo usuário. In recent years, an increase has been observed in the number of researches that uses active orthosis for rehabilitation or functional compensation. However, despise the accomplished advances, the challenges related to energy consumption reduction and the ability to generate anthropomorphic movement still persist. Furthermore, recent studies point that is important to take into consideration user-related features, which turn out not to be a trivial task. A possible aproach for these issues is using gait model in order to generate references for anthropomorphic movements. In recent years, some studies have used statistical approaches to model human gait, offering another possible solution that can generate joint trajectory information. One of these approaches is the Principal Component Analysis (PCA). The main PCA characteristic is the ability to split into different components different behavior found in a dataset. When applied to gait features it is possible to organize such components into user-oriented characteristis and general gait information. Inside this context, in the presente work is presented a method able to find useroriented gait trajectories that can be used in powered lower limb orthosis applications. The proposed method uses principal component analysis to extract shared features from a gait dataset, taking into consideration gait-related variables such as joint angle information and the users anthropometric features, used directly in an orthosis application. The trajectories of joint angles used by the model are represented by a given number of harmonics according to their respective Fourier series analyses. This representation allows better performance of the model, whose capability to generate gait information is validated through experiments using a real active orthotic device, analysing both joint motor energy consumption and user metabolic effort.

Redes sem-fio têm evoluído consideravelmente nos últimos anos e consequentemente tem sido aplicadas nos mais diversos cenários, desde redes locais sem-fios até redes de sensores sem-fios para Internet das Coisas (Internet of Things - IoT). Cada nova aplicação apresenta suas próprias características, especificidades e consequentemente novos desafios que devem ser vencidos para que ela se torne viável e seja enviada para produção e embarcada em dispositivos reais. Porém, os simuladores de redes em geral não fornecem algumas importantes funcionalidades para as simulações e avaliações de aplicações de redes sem-fio. Por exemplo, os simuladores exigem implementação da aplicação direcionada para o ambiente do simulador exigindo o dobro de esforço dos desenvolvedores e problemas de integração entre as tecnologias utilizadas durante os testes e as utilizadas para embarcar a aplicação em dispositivos reais. Além disso, os simuladores devem dar suporte a em cenários mais complexos de redes sem-fio como ambientes com alta mobilidade ou alta densidade de nós. Por fim, o comportamento simulado por softwares e não na análise de dispositivos reais utilizando código final, compilado para os dispositivos reais finais, não fornece a melhor visualização do comportamento da aplicação simulada. Para preencher essas lacunas desenvolvemos o LVWNet: um ambiente e simulação baseado em virtualização Linux para a avaliação de aplicações de redes sem-fio que oferece suporte a simulação de código real e ambiente híbrido de integração entre nós virtuais e dispositivos reais, além de flexibilidade e baixo consumo de recursos. Nesse trabalho são apresentados os detalhes de implementação do LVWNEt e suas funcionalidades básicas através da simulação de uma rede sem-fio IEEE 802.11s em um ambiente híbrido com suporte a mobilidade, no qual foram desenvolvidos testes para avaliar a autenticidade dos dados de simulação obtidos durante os testes que comprovaram sua eficiência como ambiente de avaliação de redes sem-fios. Wireless networks have evolved considerably in recent years and have consequently been applied in a wide range of scenarios, from wireless local area networks to Internetof- Things (IoT) wireless sensor networks. Each new application presents its own characteristics, specificities and consequently new challenges that must be overcome in order for it to become viable and be sent to production and shipped to real devices. However, network simulators generally do not provide some important functionalities for the simulations and evaluations of wireless applications. For example, simulators require implementation of the application targeted to the simulator environment requiring twice the effort of the developers and problems of integration between the technologies used during the tests and those used to ship the application to real devices. In addition, simulators must support in more complex scenarios of wireless networks such as environments with high mobility or high node density. Finally, software-simulated behavior rather than real device analysis using final code, compiled for the final real devices, does not provide the best visualization of simulated application behavior. To fill these gaps we have developed LVWNet: a Linux-based virtualization-based simulation and environment for evaluating wireless network applications that supports real-world simulation and hybrid integration between virtual nodes and real devices, as well as flexibility and low resource consumption. This paper presents the implementation details of the LVWNEt and its basic functionalities through the simulation of an IEEE 802.11s wireless network in a hybrid environment with mobility support, in which tests were developed to evaluate the authenticity of the simulation data obtained during the tests that have proven their efficiency as evaluation environment of wireless networks.

Com a necessidade do aumento da qualidade dos produtos e do desempenho dos processos, o grau de automação cresceu bastante nas indústrias. Com isso, os sistemas estão cada vez mais complexos e vêm acompanhados por problemas difíceis de resolver devido à alta dimensionalidade desses sistemas e do grande volume do fluxo de informações necessárias, além da aleatoriedade de falhas e defeitos. Uma falha inesperada pode levar a riscos operacionais, por isso a importância de detectar e localizar a falha, principalmente quando a planta industrial ainda está operando em uma região controlável e é possível agir para trazer o processo de volta para o estado normal, seguro e operacional. Assim, é desejável que o sistema de detecção de falhas forneça respostas rápidas e confiáveis com um esforço computacional adequado para processamento em tempo real, mesmo necessitando tratar com grandes quantidades de dados. Para trabalhar com grandes quantidades de dados em tempo real, surgiu o modelo de fluxo de dados, que consiste de uma sequência ordenada de pontos que só podem ser lidos apenas uma ou algumas poucas vezes. Essa área cresceu bastante nos últimos anos, principalmente devido a grande quantidade de sistemas que precisavam tratar com dados desse tipo, que incluem desde dados do mercado financeiro, registros telefônicos, transações web a dados médicos, redes de sensores ou mesmo dados multimídia. Diante da relevância do tema de detecção de falhas, nessa tese foram utilizados o TEDA (Typicality and Eccentricity Data Analytics), o RDE (Recursive Density Estimation) e o R-PCA (Recursive Principal Component Analysis) como ferramentas para detecção de falhas em processos industriais. Para a análise do desempenho de cada uma dessas abordagens foi utilizado o clássico benchmark Tennessee Eastman Process. In order to increase product quality and process performance, the degree of automation has grown significantly in industries. As a result, systems are increasingly complex and are accompanied by problems that are difficult to solve due to the high dimensionality of these systems and the large amount of information flow, as well as the randomness of faults and defects. An unexpected failure can lead to operational risks, so the importance of detecting and locating the fault, especially when the industrial plant is still operating in a controllable region and it is possible to act to bring the process back to normal, safe and operational. Thus, it is desirable for the fault detection system to provide fast and reliable responses with a computational effort appropriate for real-time processing, even though it requires handling large amounts of data. In this context, data stream-oriented algorithms to outlier detection may be promising candidates for fault detection of industrial process, because they work with sequences of temporarily ordered samples. In addition, they handle well with large amount of data because they are recursive and online algorithms that do not need to store past samples. Thus, in this dissertation two algorithms of this class are analyzed, named TEDA (Typicality and Eccentricity Data Analytics) and RDE (Recursive Density Estimation), when applied to fault detection of industrial processes. Their performances are compared to R-PCA (Recursive Principal Component Analysis) algorithm. The classic Tennessee Eastman Process benchmark was used as case study to evaluate these algorithms.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Alarmes industriais tem natureza inerentemente assíncrona e são fundamentais para a manutenção da segurança operacional e saúde de processos industriais complexos. Entretanto, sistemas de alarmes industriais mal configurados tendem a gerar quantidades excessivas de alarmes, o que os tornam ineficientes. Dentre os possíveis agentes degradantes de um sistema de alarmes, estão os alarmes causais. Situações de alarmes causais ocorrem quando a ativação de um determinado alarme implica na ativação de um ou mais alarmes decorrentes, gerando informação redundante no sistema de alarmes. Diante da relevância do problema, nesta dissertação são analisados os desempenhos de duas técnicas para determinação de alarmes causais: correlação cruzada e teste de causalidade de Granger. Como dados de alarmes industriais são essencialmente de natureza discreta, antes de se aplicar ambas as técnicas, houve a necessidade de se realizar um pré-processamento sobre os dados de alarmes, através de uma técnica de suavização de sinais. Para obtenção dos resultados, foram utilizados dados de alarmes provenientes de cenários de simulação de geração de alarmes e do Benchmark Tennessee Eastman Process. Os resultados obtidos indicam que, em aspectos gerais, o teste de causalidade de Granger obteve maior eficiência que a correlação cruzada na tarefa de indicação de relações causais em alarmes industriais. Também foram realizados estudos comparativos da aplicação do teste de causalidade de Granger sobre variáveis de processo e alarmes no Benchmark Tennessee Eastman Process, indicando suas características. Industrial alarms are inherently asynchronous in nature and are critical to maintaining the operational safety and health of complex industrial processes. However, poorly configured industrial alarm systems tend to generate excessive amounts of alarms, making them inefficient. Among the possible degrading agents of an alarm system are the causal alarms. Causal alarm situations occur when the activation of a given alarm implies the activation of one or more of the resulting alarms, generating redundant information in the alarm system. Given the relevance of the problem, this dissertation analyzes the performance of two techniques for determining causal alarms: Cross-correlation and Granger causality test. The industrial alarm data is essentially of a discrete nature, before performing both techniques, there was a need to perform a preprocessing on the alarm data, through the signal smoothing technique. To obtain the results, we used alarm data from the alarm generation simulation scenarios and the Tennessee Eastman Process Benchmark. Therefore, the results indicate that, in general aspects, the Granger causality test performed a greater efficiency than the cross-correlation in the task of indicating causal relations between industrial alarms. We also performed comparative studies of the application of the Granger causality test on process variables and alarms in the Tennessee Eastman Process Benchmark, indicating their characteristics.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) A presente tese apresenta uma técnica inovadora — designada como sistema especialista baseado em regras ponderado por tendências (SEBRPT) — fundamentada na integração de duas ferramentas existentes na área de inteligência artificial, os sistemas especialistas (SE) e a análise qualitativa de tendências (QTA). Um dos objetivos desta abordagem é usufruir das principais vantagens associadas a cada uma das ferramentas utilizadas, tais como a facilidade de se representar o conhecimento através de regras e a capacidade de extrair o comportamento e as tendências de um sinal contínuo. Esta metodologia também permite preencher uma lacuna entre métodos puramente baseado em números (quantitativos) e métodos puramente simbólicos (qualitativos), permitindo assim uma obtenção de resultados a partir de um processo de inferência baseado tanto nos valores exatos como nas tendências de um determinado sinal. Dessa forma, a técnica abordada possibilita a extração de um "fator de certeza" associado a uma regra previamente modelada por um especialista, descartando assim a lógica puramente booleana (verdadeiro/falso) adotada nos sistemas especialistas clássicos. O método proposto permite uma adoção direta em ambientes industriais, especialmente na área de automação inteligente. Seus principais recursos e características, com aplicação no monitoramento de processos industriais, serão demonstrados por simulações e resultados experimentais baseados no benchmark conhecido como o processo de Tennessee Eastman.

Nesta tese apresentamos uma nova abordagem para realizar o agrupamento e a classificação de um conjunto de dados de forma não supervisionada. A abordagem proposta utiliza os conceitos de tipicidade e excentricidade usados pelo algoritmo TEDA na detecção de outliers. Para realizar o agrupamento e a classificação é proposto um algoritmo estatístico chamado Auto-Cloud. As amostras analisadas pelo Auto-Cloud são agrupadas em unidades chamadas de data clouds, que são estruturas que não possuem formato ou limites definidos. O Auto-Cloud permite que cada amostra analisada possa pertencer simultaneamente a várias data clouds. O Auto-Cloud é um algoritmo autônomo e evolutivo, que não necessita de treinamento ou qualquer conhecimento prévios sobre o conjunto de dados analisado. Ele permite a criação e a fusão das data clouds de forma autônoma, à medida que as amostras são lidas, sem qualquer intervenção humana. As características do algoritmo fazem com que ele seja indicado para o agrupamento e classificação de streams de dados e para aplicações que requerem respostas em tempo-real. O Auto- Cloud também é um algoritmo recursivo, o que o torna rápido e exige pouca quantidade de memória. Já no processo de classificação dos dados, o Auto-Cloud trabalha como um classificador fuzzy, calculando o grau de pertinência entre a amostra analisada e cada data cloud criada no processo de agrupamento. A classe a que pertence cada amostra é determinada pela data cloud com maior grau de pertinência com relação a amostra. Para validar o método proposto, aplicamos o mesmo em vários conjuntos de dados existentes na literatura sobre o assunto. Além disso, o método também foi validado numa aplicação de detecção e classificação de falhas em processos industriais, onde foram utilizados dados reais, obtidos de uma planta industrial. In this thesis we propose a new approach to unsupervised data clustering and classification. The proposed approach is based on typicality and eccentricity concepts. This concepts are used by recently introduced TEDA algorithm for outlier detection. To perform data clustering and classification, it is proposed a new statistical algorithm, called Auto-Cloud. The data samples analyzed by Auto-Cloud are grouped in the form of unities called data clouds, which are structures without pre-defined shape or boundaries. Auto-Cloud allows each data sample to belong to multiple data clouds simultaneously. Auto-Cloud is an autonomous and evolving algorithm, which does not requires previous training or any prior knowledge about the data set. Auto-Cloud is able to create and merge data clouds autonomously, as data samples are obtained, without any human interference. The algorithm is suitable for data clustering and classification of online data streams and application that require real-time response. Auto-Cloud is also recursive, which makes it fast and with little computational effort. The data classification process works like a fuzzy classifier using the degree of membership between the analyzed data sample to each data cloud created in clustering process. The class to which each data sample belongs is determined by the cloud with the highest activation with respect to that sample. To validate the proposed method, we apply it to several existing datasets for data clustering and classification. Moreover, the method was also used in a fault detection in industrial processes application. In this case, we use real data obtained from a real world industrial plant.

Para que se possa obter sucesso no desenvolvimento de um projeto de software, é necessário conhecer seus requisitos, sejam eles funcionais ou não-funcionais (atributos de qualidade). Nesse sentido, os use cases têm sido amplamente adotados pelos profissionais de engenharia de software como uma das ferramentas para elicitação e análise de requisitos. No entanto, sua forma fragmentada e textual de descrição das funcionalidades do sistema não tem sido suficiente para suscitar os interesses relacionados ao design de interface do usuário. Este fato levou profissionais de interação humano-computador a criarem seus próprios métodos e técnicas que, muitas vezes, contrapõem-se à filosofia usada por engenheiros de software para modelagem da interação usuário-sistema. Por essa razão, com o propósito de melhorar o suporte à descrição de use case integrado com o design centrado no usuário, propõe-se a Visual Language for Use Case Description (VL4UCD). Neste trabalho, é definido o uso da VL4UCD durante as tarefas de análise e validação de requisitos, de forma a endereçar, ainda na fase inicial do projeto, as preocupações de ambos os grupos (engenharia de software e interação humano-computador) sobre o desenvolvimento de sistemas de software interativo. In order to success during the development of a software project, it is necessary to know its requirement, whether they are functional requirements or non-function requirements (quality attributes). In that direction, the use cases have been widely adopted by both Software Engineering and Human-Computer Interaction professionals. However, its fragmented and textual form of the system description has not been enough to provide interest concerned to the user interface design. This fact has led human-computer interaction professionals to create their own methods and techniques which often go in the opposite the philosophy used by software engineers for modeling the user-system interaction. Therefore, aiming to improve the support to use case description integrated with the user centered-design, it is proposed the Visual Language for Use Case Description - VL4UCD. In this work, it is defended the use of VL4UCD during the tasks of analysis and requirement validation, of form to address, still in the initial project phase, the concerns of both groups (software engineering and human-computer interaction) about of software interactive system development.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Agarramento em válvulas é um problema muito comum em malhas de controle e geralmente é a principal causa do mau desempenho de sistemas industriais. Os efeitos desta não linearidade mais comumente observados são oscilações nas variáveis de processo. Para contornar os efeitos indesejáveis, compensadores de atrito têm sido propostos, com o objetivo de reduzir a variabilidade na saída. Neste trabalho é analisada a compensação do atrito em válvulas de controle pneumáticas por meio de uma técnica de linearização por realimentação. O modelo da válvula utilizado inclui tanto zona morta quanto salto. Resultados de simulação mostram que o uso desse modelo mais completo resulta em controladores com desempenho superior. O método é também comparado por meio de simulações com o método conhecido como Reforço Constante (CR), bastante utilizado neste problema. In control loops valve stiction is a very common problem. Generally, it is one of main causes of poor performance of industrial systems. Its most commonly observed effect is oscillation in the process variables. To circumvent the undesirable effects, friction compensators have been proposed in order to reduce the variability in the output. This work analyzes the friction compensation in pneumatic control valves by using feedback linearization technique. The valve model includes both dead zone and jump. Simulations show that the use of this more complete model results in controllers with superior performance. The method is also compared through simulations with the method known as Constant Reinforcement (CR), widely used in this problem.

Redes inteligentes representam um novo conceito de distribuição de energia elétrica, que são o futuro dos sistemas atuais. Essas redes têm sido introduzidas com o objetivo de aumentar a confiabilidade dos sistemas, prover alternativas para o suprimento de energia e reduzir custos. O aumento da complexidade das redes de energia, a crescente demanda e a introdução de fontes renováveis de geração de energia, requerem uma integração e operação de todos os componentes do sistema, a fim de garantir altos índices de confiabilidade e disponibilidade (dependabilidade). A sistematização das redes inteligentes a partir do formalismo matemático de Árvores de Falhas possibilita a analise quantitativa de tais índices. Nesse trabalho é proposto uma metodologia para análise da dependabilidade de redes inteligentes no contexto de distribuição de energia elétrica. Um estudo de caso é proposto para validar a proposta. A partir da metodologia é possível estimar ainda na fase de projeto a confiabilidade, disponibilidade e identificar os pontos críticos da rede através das distribuições estocásticas das taxas de falhas e reparos dos componentes. Smart Grids are a new trend of electric power distribution, the future of current systems. These networks are continually being introduced in order to improve the reliability of systems, providing alternatives to energy supply and cost savings. Faced with increasing electric power grids complexity, the energy demand and the introduction of alternative sources to energy generation, all components of system require a fully integration in order to achieve high reliability and availability levels (dependability). The systematization of a Smart Grid from the Fault Tree formalism enable the quantitative evaluation of dependability of a specific scenario. In this work, a methodology for dependability evaluation of Smart Grids is proposed. A study of case is described in order to validate the proposal. With the use of this methodology, it is possible to estimate during the early design phase the reliability, availability of Smart Grid beyond to identify the critical points from the failure and repair distributions of components.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) A comunicação sem fios é uma tendência no ambiente industrial atualmente e nessa tendência temos o WirelessHART como uma das principais tecnologias. Com essa situação, é natural que melhorias no desempenho sejam buscadas e um dos principais caminhos para isso passa pelo desenvolvimento de algoritmos de escalonamento e roteamento. Nesta tese é apresentado uma revisão da literatura sobre as principais soluções em escalonamento e roteamento desenvolvidas especificamente para a tecnologia WirelessHART. Além disso propõe um novo Algoritmo de escalonamento chamando Escalonamento Flow que visa melhorar aspectos de flexibilidade e de utilização do superframe. Para propósitos de validação, é desenvolvido e utilizado um módulo de simulação para o Network Simulator 3 (NS-3) que modela aspectos como posicionamento, atenuação de sinal e consumo de energia além de prover simulações mais exatas por meio de configurações de erro individuais para cada link. Este módulo também possibilita a geração do superframe de escalonamento a partir do grafo de roteamento utilizando os algoritmos Flow e Han. Para a validação do novo algoritmo são realizados experimentos comparativos entre o algoritmo Han e algoritmo Flow, avaliando critérios de alocação de links, delay e taxa de ocupação de superframe. Para validação da camada física do módulo de simulação, o escalonamento e o roteamento são configurados estaticamente e são desenvolvidos experimentos de confiabilidade e consumo de energia com topologias validadas na literatura e com variações de probabilidades de erro. Wireless Communication is a trend in the industrial environment nowadays and on this trend, we can highlight the WirelessHART technology. In this situation, it is natural the search for new improvements in the technology and such improvements can be related directly to the routing and scheduling algorithms. In the present thesis, we present a literature review about the main specific solutions for Routing and scheduling for WirelessHART. The thesis also proposes a new scheduling algorithm called Flow Scheduling that intends to improve superframe utilization and flexibility aspects. For validation purposes, we develop a simulation module for the Network Simulator 3 (NS-3) that models aspects like positioning, signal attenuation and energy consumption and provides an link individual error configuration. The module also allows the creation of the scheduling superframe using the Flow and Han Algorithms. In order to validate the new algorithms, we execute a series of comparative tests and evaluate the algorithms performance for link allocation, delay and superframe occupation. In order to validate the physical layer of the simulation module, we statically configure the routing and scheduling aspects and perform reliability and energy consumption tests using various literature topologies and error probabilities.

O grande volume de dados gerados como resultado da supervisão de processos de automação na indústria gerou como consequência um vasto espaço de armazenamento em disco, assim como dificuldade na transmissão destes dados por links de telecomunicações. Os algoritmos de compressão com perda de dados surgiram na década de 90 com intuito de solucionar estes problemas, passando a serem utilizados em sistemas de supervisão industrial para a compressão de dados em tempo real. Para isso estes foram projetados para eliminar informações redundantes e indesejadas de forma simples e eficiente. No entanto, os parâmetros destes algoritmos necessitam de serem configurados para cada variável de processo, tornando inviável a configuração manual em caso de sistemas que supervisionam milhares de variáveis. Nesse contexto este trabalho propõe o algoritmo Adaptive Swinging Door Trending, que consiste numa adaptação do Swinging Door Trending, em que seus principais parâmetros são ajustados dinamicamente através da análise de tendências do sinal. Propõe-se também uma análise comparativa de desempenho dos algoritmos de compressão com perda de dados aplicados sobre variáveis de processo de séries temporais e cartas dinamométricas de fundo de poço. Os algoritmos abordados para efeito comparativos foram os lineares por partes e os de transformadas. The great amount of data generated as the result of the automation and process supervision in industry implies in two problems: a big demand of storage in discs and the difficulty in streaming this data through a telecommunications link. The lossy data compression algorithms were born in the 90’s with the goal of solving these problems and, by consequence, industries started to use those algorithms in industrial supervision systems to compress data in real time. These algorithms were projected to eliminate redundant and undesired information in a efficient and simple way. However, those algorithms parameters must be set for each process variable, becoming impracticable to configure this parameters for each variable in case of systems that monitor thousands of them. In that context, this paper propose the algorithm Adaptive Swinging Door Trending that consists in a adaptation of the Swinging Door Trending, as this main parameters are adjusted dynamically by the analysis of the signal tendencies in real time. It’s also proposed a comparative analysis of performance in lossy data compression algorithms applied on time series process variables and dynamometer cards. The algorithms used to compare were the piecewise linear and the transforms.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES As redes de sensores sem fio (RSSF) estão gradativamente ganhando espaço no ambiente industrial devido à possibilidade de conectar pontos de informação que eram inacessíveis com as redes cabeadas. Contudo, existem vários desafios na implantação e aceitação dessa tecnologia no meio industrial, sendo um deles a garantia de disponibilidade da informação, a qual pode ser influenciada por vários parâmetros, como a estabilidade do caminho de dados e o consumo de energia do instrumento de campo. Nesse sentido, neste trabalho foi desenvolvido uma ferramenta para avaliar e inferir parâmetros de redes industriais sem fio baseadas nos protocolos WirelessHART e ISA 100.11a. A ferramenta disponibiliza funcionalidades de avaliação quantitativa, avaliação qualitativa e avaliação por inferência durante um determinado tempo de execução da rede. As avaliações quantitativa e qualitativa são baseadas nas próprias definições dos parâmetros, como o parâmetro de estabilidade, ou em ferramentas da estatística descritiva, como média, desvio padrão e diagramas de caixa. Já na avaliação por inferência é utilizada a técnica inteligente de redes neurais artificiais para estimar alguns parâmetros da rede, como vida útil da bateria. Por fim, são apresentados os resultados do uso da ferramenta em diferentes cenários de redes, topologias em estrela e em malha, com o intuito de atestar a importância do uso da ferramenta na avaliação do comportamento dessas redes, como também, apoiar possíveis adequações ou manutenções do sistema. Wireless sensor networks (WSN) have gained ground in the industrial environment, due to the possibility of connecting points of information that were inaccessible to wired networks. However, there are several challenges in the implementation and acceptance of this technology in the industrial environment, one of them the guaranteed availability of information, which can be influenced by various parameters, such as path stability and power consumption of the field device. As such, in this work was developed a tool to evaluate and infer parameters of wireless industrial networks based on the WirelessHART and ISA 100.11a protocols. The tool allows quantitative evaluation, qualitative evaluation and evaluation by inference during a given time of the operating network. The quantitative and qualitative evaluation are based on own definitions of parameters, such as the parameter of stability, or based on descriptive statistics, such as mean, standard deviation and box plots. In the evaluation by inference uses the intelligent technique artificial neural networks to infer some network parameters such as battery life. Finally, it displays the results of use the tool in different scenarios networks, as topologies star and mesh, in order to attest to the importance of tool in evaluation of the behavior of these networks, but also support possible changes or maintenance of the system.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Este trabalho tem como objetivo propor, implementar e validar um modelo para o consumo de energia em nós de uma Rede de Sensores Sem Fio (RSSF). O modelo proposto foi implementada uma máquina de estados finitos utilizando a ferramenta de modelagem e simulação SystemC-AMS com o objetivo de simular o consumo de energia de um nó-sensor em um ambiente de comunicação real. A mesma máquina de estados também foi implementada na plataforma Stateflow com o objetivo de comparar os resultados obtidos na simulação com SystemC-AMS. O consumo de energia nos diferentes estados de operação foi determinado medindo a corrente de dreno utilizada para aquisição de dados do sensor e para a comunicação com os outros nós da rede. Além de simular o consumo de energia, o ambiente de simulação também utiliza um modelo de descarga para fazer a análise da situação energética atual da bateria. Esta análise resulta em um gráfico de variação de tensão e estado de carga da bateria (SOC). Por fim, é realizado um estudo de caso do consumo de energia em RSSF aplicado a aquicultura. Tal estudo tem como objetivo analisar o modo de aquisição e comunicação de dados da rede. Com esta análise é possível fazer ajustes nos nó-sensores de modo a reduzir o consumo de energia total da rede. This work aims at modeling power consumption at the nodes of a Wireless Sensor Network (WSN). For doing so, a finite state machine was implemented by means of SystemC-AMS and Stateflow modeling and simulation tools. In order to achieve this goal, communication data in a WSN were collected. Based on the collected data, a simulation environment for power consumption characterization, which aimed at describing the network operation, was developed. Other than performing power consumption simulation, this environment also takes into account a discharging model as to analyze the battery charge level at any given moment. Such analysis result in a graph illustrating the battery voltage variations as well as its state of charge (SOC). Finally, a case study of the WSN power consumption aims to analyze the acquisition mode and network data communication. With this analysis, it is possible make adjustments in node-sensors to reduce the total power consumption of the network.

Nos dias atuais a comunicação sem fio tem despertado interesse e está se tornando uma tendência nos ambientes industriais. Em parte essa realidade deve-se às facilidades de implantação e manutenção, dispensando projetos sofisticados e execução de obras com custos proibitivos para implementação do cabeamento. Adicionalmente, a inserção dessas tecnologias permite a criação de aplicações que não eram possíveis com as tecnologias legadas, além da flexibilização de testes. Apesar dos benefícios diretos, desafios técnicos (confiabilidade, autonomia de recursos energéticos, interferência do ambiente) e culturais se apresentam como os principais entraves para a implantação das redes industriais sem fio. Nesta dissertação será abordado o problema da análise de ativos em redes industriais sem fio para o padrão WirelessHart através da implementação de um sistema de monitoramento. O sistema permite a realização de diversas atividades de gestão de ativos independente de fabricantes, tais como: previsão da vida útil das baterias, manutenção, dados de confiabilidade, topologia e a possibilidade de criação de novas métricas a partir de bibliotecas de desenvolvimento abertas e padronizadas. Através da implementação dessa ferramenta pretende-se contribuir para inserção das tecnologias de comunicação sem fio em ambientes industrias. Nowadays wireless communication has emerged as a tendency in industry environments. In part this interest is due to the ease of deployment and maintenance, which dispenses sophisticated designs and wired infrastructure (which in industrial environment often prohibitively expensive) besides enabling the addition of new applications when compared to their wired counterparts. Despite its high degree of applicability, an industrial wireless sensor network faces some challenges. One of the most challenging problems are its reliability, energy consumption and the environment interference. In this dissertation will discuss the problem of asset analysis in wireless industrial networks for the WirelessHART standard by implementing a monitoring system. The system allows to carry out various activities of independent asset management manufacturers, such as prediction of battery life, maintenance, reliability data, topology, and the possibility of creating new metrics from open and standardized development libraries. Through the implementation of this tool is intended to contribute to integration of wireless technologies in industrial environments.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de detecção e diagnóstico de falhas em sensores de campo com correção do sinal com falhas dinamicamente, onde esse sistema é baseado no conceito de agentes inteligentes, em uma arquitetura de multiagentes. O sistema tem como ambiente de atuação a rede industrial Foundation Fieldbus. Para realizar a detecção e o diagnóstico das falhas, são utilizados os algoritmos de redes neurais artificiais e lógica fuzzy (atuando como classificador fuzzy), os quais são embarcados na rede industrial Foundation Fieldbus. Além disso, de forma a atuar junto ao sistema de detecção, diagnóstico e correção de falhas foi desenvolvido um software que realiza o monitoramento e a supervisão do mesmo, onde foi instanciado um agente se comunicando com a rede industrial. Os demais agentes são instanciados nos blocos funcionais da rede industrial. This work performs the development of a system of detection and diagnosis of faults in field sensors with dynamically signal correction, which this system is based on the concept of intelligent agents, using architecture of multagents. The system operates in environment industrial network Foundation Fieldbus. To perform the detection and diagnosis of failures are used the algorithms of neural networks and fuzzy logic (acting like a fuzzy classifier), which are embedded in industrial network Foundation Fieldbus. Furthermore, in order to work with the system of detection, diagnosis and correction of failures was developed a software to perform the monitoring and supervision of the system, which was instantiated an agent communicating with the industrial network. The other agents are instantiated on the functional blocks of industrial network.

The petroleum production pipeline networks are inherently complex, usually decentralized systems. Strict operational constraints are applied in order to prevent serious problems like environmental disasters or production losses. This paper describes an intelligent system to support decisions in the operation of these networks, proposing a staggering for the pumps of transfer stations that compose them. The intelligent system is formed by blocks which interconnect to process the information and generate the suggestions to the operator. The main block of the system uses fuzzy logic to provide a control based on rules, which incorporate knowledge from experts. Tests performed in the simulation environment provided good results, indicating the applicability of the system in a real oil production environment. The use of the stagger proposed by the system allows a prioritization of the transfer in the network and a flow programming As redes de escoamento da produção de petróleo são sistemas comumente descentralizados, inerentemente complexos. Restrições operacionais rígidas são aplicadas para evitar problemas graves, como desastres ambientais ou perdas de produção. Este trabalho descreve um sistema inteligente para auxiliar as decisões na operação dessas malhas, propondo um escalonamento das bombas das estações de transferência que a compõem. O sistema inteligente é formado por blocos, que se interligam para processar a informação e gerar as sugestões para o operador. O bloco principal do sistema utiliza a lógica fuzzy para prover um controle baseado em regras, que incorporam o conhecimento de especialistas. Os testes realizados em ambiente de simulação obtiveram bons resultados, indicando a aplicabilidade do sistema em um ambiente real de produção de petróleo. O uso do escalonamento proposto pelo sistema permite uma priorização da transferência na rede e uma programação do escoamento

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico There is a growing need to develop new tools to help end users in tasks related to the design, monitoring, maintenance and commissioning of critical infrastructures. The complexity of the industrial environment, for example, requires that these tools have flexible features in order to provide valuable data for the designers at the design phases. Furthermore, it is known that industrial processes have stringent requirements for dependability, since failures can cause economic losses, environmental damages and danger to people. The lack of tools that enable the evaluation of faults in critical infrastructures could mitigate these problems. Accordingly, the said work presents developing a framework for analyzing of dependability for critical infrastructures. The proposal allows the modeling of critical infrastructure, mapping its components to a Fault Tree. Then the mathematical model generated is used for dependability analysis of infrastructure, relying on the equipment and its interconnections failures. Finally, typical scenarios of industrial environments are used to validate the proposal A demanda para o desenvolvimento de novas ferramentas que facilitem o projeto, monitoramento, manutenção e comissionamento de infraestruturas críticas é permanente. A complexidade do ambiente industrial, por exemplo, exige que estas ferramentas apresentem funcionalidades bastante flexíveis, informando dados valiosos para os projetistas ainda na fase de pré-projeto. Adicionado a estes fatores, sabe-se que os processos industriais apresentam requisitos de dependabilidade rígidos, uma vez que falhas podem provocar perdas econômicas, danos ambientais e riscos de vida aos operários. A utilização de uma ferramenta que habilite a avaliação de falhas nas infraestruturas críticas poderia mitigar esses problemas. Nesse sentido, o referido trabalho apresenta o desenvolvimento de uma framework para análise da dependabilidade de infraestruturas críticas. A proposta permite a modelagem das infraestruturas críticas, mapeando seus componentes em uma Árvore de Falha. Em seguida, o modelo matemático gerado é utilizado para análise da dependabilidade da infraestrutura, baseando-se nas falhas de equipamentos e suas interligações. Finalmente, cenários típicos de ambientes industriais são utilizados para a validação da proposta

Universidade Federal do Rio Grande do Norte The precision and the fast identification of abnormalities of bottom hole are essential to prevent damage and increase production in the oil industry. This work presents a study about a new automatic approach to the detection and the classification of operation mode in the Sucker-rod Pumping through dynamometric cards of bottom hole. The main idea is the recognition of the well production status through the image processing of the bottom s hole dynamometric card (Boundary Descriptors) and statistics and similarity mathematics tools, like Fourier Descriptor, Principal Components Analysis (PCA) and Euclidean Distance. In order to validate the proposal, the Sucker-Rod Pumping system real data are used A identificação rápida e precisa de anormalidades de fundo de poço é essencial para evitar danos e aumentar a produção na indústria do petróleo. Esta tese apresenta um estudo sobre uma nova abordagem automática para a detecção e classificação de modos de operação no sistema de Bombeio Mecânico através de carta de dinamométricas de fundo de poço. A idéia principal é o reconhecimento das condições de produção do sistema através do processamento de imagem do carta dinamométrica de fundo de poço (Descritores de Fourier) e ferramentas matemáticas estatísticas (Análise de Componentes Principais - PCA) e de similaridade (Distância Euclidiana). Para validar a proposta, são utilizados dados provenientes de sistemas de Bombeio Mecânico reais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior In this work, we propose a two-stage algorithm for real-time fault detection and identification of industrial plants. Our proposal is based on the analysis of selected features using recursive density estimation and a new evolving classifier algorithm. More specifically, the proposed approach for the detection stage is based on the concept of density in the data space, which is not the same as probability density function, but is a very useful measure for abnormality/outliers detection. This density can be expressed by a Cauchy function and can be calculated recursively, which makes it memory and computational power efficient and, therefore, suitable for on-line applications. The identification/diagnosis stage is based on a self-developing (evolving) fuzzy rule-based classifier system proposed in this work, called AutoClass. An important property of AutoClass is that it can start learning from scratch". Not only do the fuzzy rules not need to be prespecified, but neither do the number of classes for AutoClass (the number may grow, with new class labels being added by the on-line learning process), in a fully unsupervised manner. In the event that an initial rule base exists, AutoClass can evolve/develop it further based on the newly arrived faulty state data. In order to validate our proposal, we present experimental results from a level control didactic process, where control and error signals are used as features for the fault detection and identification systems, but the approach is generic and the number of features can be significant due to the computationally lean methodology, since covariance or more complex calculations, as well as storage of old data, are not required. The obtained results are significantly better than the traditional approaches used for comparison Este trabalho propõe um algoritmo de dois estagios para detecção e identificação de falhas, em tempo real, em plantas industriais. A proposta baseia-se na analise de características selecionadas utilizando estimativa de densidade recursiva e um novo algoritmo evolutivo de classificação. Mais especificamente, a abordagem proposta para detecção e baseada no conceito de densidade no espaço de dados, o que difere da tradicional função densidade de probabilidade, porem, sendo uma medida bastante util na detecção de anormalidades/outliers. Tal densidade pode ser expressa por uma função de Cauchy e calculada recursivamente, o que torna o algoritmo computacionalmente eficiente, em termos de processamento e memoria, e, dessa maneira, apropriado para aplicações on-line. O estagio de identificação/diagnostico e realizado por um classificador baseado em regras fuzzy capaz de se auto-desenvolver (evolutivo), chamado de AutoClass, e introduzido neste trabalho. Uma propriedade importante do AutoClass e que ele e capaz de aprender a partir do zero". Tanto as regras fuzzy, quanto o numero de classes para o algoritmo não necessitam de pre-especificação (o numero de classes pode crescer, com os rotulos de classe sendo adicionados pelo processo de aprendizagem on-line), de maneira n~ao-supervisionada. Nos casos em que uma base de regras inicial existe, AutoClass pode evoluir/desenvolver-se a partir dela, baseado nos dados adquiridos posteriormente. De modo a validar a proposta, o trabalho apresenta resultados experimentais de simulação e de aplicações industriais reais, onde o sinal de controle e erro são utilizados como características para os estagios de detecção e identificação, porem a abordagem e generica, e o numero de características selecionadas pode ser significativamente maior, devido à metodologia computacionalmente eficiente adotada, uma vez que calculos mais complexos e armazenamento de dados antigos não são necessários. Os resultados obtidos são signifificativamente melhores que os gerados pelas abordagens tradicionais utilizadas para comparação

Linhas de produtos de software promovem a reutilização em larga escala através do desenvolvimento de famílias de sistemas que: (i) compartilham um núcleo comum de características previamente implementadas; e (ii) permitem a seleção e customização das características variáveis, as quais determinam os comportamentos distintos de cada membro ou produto da família de sistema. Por razões de time-to-market e flexibilidade, a indústria de software tem adotado, com frequência, a técnica de clonagem como mecanismo de criação de produtos ou de novas linhas de produtos. Apesar das suas vantagens, a técnica de clonagem traz dificuldades para a evolução e reconciliação de características de linhas de produto de software devido aos possíveis conflitos de integração das mudanças realizadas no código da linha de produto de software original, denominada Source, e a da linha de produto clonada, denominada Target. Esta tese de doutorado propõe uma abordagem para evolução e reconciliação de produtos clonadas baseada na adoção de técnicas de mineração de repositórios de software. A abordagem promove a identificação de diferentes tipos de conflitos - léxicos, estruturais e semânticos - que podem ocorrer durante a integração de características ou tarefas de desenvolvimento da linha de produto original para a linha de produto clonada. O trabalho apresenta os resultados de um estudo empírico de caracterização dos tipos de conflitos de integração de código em diferentes evoluções de duas linhas de produto de software de sistemas de informação web. Os resultados do estudo demonstram o potencial da abordagem na resolução automática ou semi-automática de vários dos conflitos existentes, reduzindo assim os custos de evolução e reconciliação de linhas de produto de software clonadas. Software product line engineering promotes large software reuse by developing a system family that shares a set of developed core features, and enables the selection and customization of a set of variabilities that distinguish each software product family from the others. In order to address the time-to-market, the software industry has been using the clone-and-own technique to create and manage new software products or product lines. Despite its advantages, the clone-and-own approach brings several difficulties for the evolution and reconciliation of the software product lines, especially because of the code conflicts generated by the simultaneous evolution of the original software product line, called Source, and its cloned products, called Target. This thesis proposes an approach to evolve and reconcile cloned products based on mining software repositories and code conflict analysis techniques. The approach provides support to the identification of different kinds of code conflicts – lexical, structural and semantics – that can occur during development task integration – bug correction, enhancements and new use cases – from the original evolved software product line to the cloned product line. We have also conducted an empirical study of characterization of the code conflicts produced during the evolution and merging of two large-scale web information system product lines. The results of our study demonstrate the approach potential to automatically or semi-automatically solve several existing code conflicts thus contributing to reduce the complexity and costs of the reconciliation of cloned software product lines.

Este trabalho propõe uma ontologia orientada ao domínio de automação industrial, com o objetivo de modelagem semântica. Com o objetivo de estruturar conhecimento envolvido no contexto de processos industriais, esta tese propõe uma ontologia de domínio, denominada OntoAut, que modela conceitualmente dos elementos envolvidos na descrição de porcessos industriais. Para validar a ontologia proposta são apresentados diversas aplicações. Na primeira, são modelados conceitualmente dois processos típiocs: tratamento DEA (Dietanolamina) e forno industrial. Na segunda aplicação, utiliza-se a ontologia para realizar uma filtragem semântica de de alarmes, que aliada a analises de correlações, determina relações temporais entre alarmes de um processo industrial. Na terceira aplicação, utiliza-se a ontologia para modelagem e análise de custo de construção e operação de processos. Na quarta aplicação, a ontologia é adotada para para analisar a confiabilidade de uma planta industrial. The main hypothesis of this thesis is that the deve lopment of industrial automation applications efficiently, you need a good structuri ng of data to be handled. Then, with the aim of structuring knowledge involved in the contex t of industrial processes, this thesis proposes an ontology called OntoAuto that conceptua lly models the elements involved in the description of industrial processes. To validat e the proposed ontology, several applica- tions are presented. In the first, two typical indu strial processes are modeled conceptually: treatment unit DEA (Diethanolamine) and kiln. In th e second application, the ontology is used to perform a semantic filtering alarms, which together with the analysis of correla- tions, provides temporal relationships between alar ms from an industrial process. In the third application, the ontology was used for modeli ng and analysis of construction cost and operation processes. In the fourth application, the ontology is adopted to analyze the reliability and availability of an industrial plant . Both for the application as it involves costs for the area of reliability, it was necessary to create new ontologies, and OntoE- con OntoConf, respectivamentem, importing the knowl edge represented in OntoAuto but adding specific information. The main conclusions of the thesis has been that on tology approaches are well suited for structuring the knowledge of industrial process es and based on them, you can develop various advanced applications in industrial automat ion.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The control of industrial processes has become increasingly complex due to variety of factory devices, quality requirement and market competition. Such complexity requires a large amount of data to be treated by the three levels of process control: field devices, control systems and management softwares. To use data effectively in each one of these levels is extremely important to industry. Many of today s industrial computer systems consist of distributed software systems written in a wide variety of programming languages and developed for specific platforms, so, even more companies apply a significant investment to maintain or even re-write their systems for different platforms. Furthermore, it is rare that a software system works in complete isolation. In industrial automation is common that, software had to interact with other systems on different machines and even written in different languages. Thus, interoperability is not just a long-term challenge, but also a current context requirement of industrial software production. This work aims to propose a middleware solution for communication over web service and presents an user case applying the solution developed to an integrated system for industrial data capture , allowing such data to be available simplified and platformindependent across the network O controle de processos industriais têm se tornado cada vez mais complexo devido à diversidade de equipamentos de chão-de-fábrica, exigência na qualidade e concorrência de mercado. Tal complexidade exige que, uma grande quantidade de dados seja tratada pelos três níveis de controle de processo: dispositivos de campo, sistemas de controle e software para gerenciamento. Utilizar de forma efetiva os dados presentes em cada um desses níveis é de fundamental importância para indústria. Muitos dos sistemas computacionais industriais de hoje são compostos de sistemas distribuídos de software, escritos em uma grande variedade de linguagens de programação e desenvolvidos para plataformas específicas. Desta forma, cada vez mais, pequenas e grandes empresas aplicam um investimento significativo para manter ou até mesmo reescrever seus sistemas para diferentes plataformas. Além disso, é raro que um sistema de software seja executado em completo isolamento. Na área de automação industrial é comum que sistemas de software interajam com outros sistemas em diferentes máquinas e até mesmo escritos em diferentes linguagens. Tendo isto em vista, interoperabilidade não é apenas um desafio a longo prazo, mas também uma exigência do contexto atual de produção de softwares industriais. Este trabalho visa propor uma solução de middleware para comunicação de aplicações via web service, além de apresentar um estudo de caso aplicando a solução desenvolvida a um sistema integrado para captura de dados industriais, permitindo assim que tais dados sejam disponibilizados de maneira simplificada e independente de plataforma através da rede

The development of wireless sensor networks for control and monitoring functions has created a vibrant investigation scenario, covering since communication aspects to issues related with energy efficiency. When source sensors are endowed with cameras for visual monitoring, a new scope of challenges is raised, as transmission and monitoring requirements are considerably changed. Particularly, visual sensors collect data following a directional sensing model, altering the meaning of concepts as vicinity and redundancy but allowing the differentiation of source nodes by their sensing relevancies for the application. In such context, we propose the combined use of two differentiation strategies as a novel QoS parameter, exploring the sensing relevancies of source nodes and DWT image coding. This innovative approach supports a new scope of optimizations to improve the performance of visual sensor networks at the cost of a small reduction on the overall monitoring quality of the application. Besides definition of a new concept of relevance and the proposition of mechanisms to support its practical exploitation, we propose five different optimizations in the way images are transmitted in wireless visual sensor networks, aiming at energy saving, transmission with low delay and error recovery. Putting all these together, the proposed innovative differentiation strategies and the related optimizations open a relevant research trend, where the application monitoring requirements are used to guide a more efficient operation of sensor networks O desenvolvimento de redes de sensores sem fio para funções de controle e monitoramento tem criado um pulsante cenário de investigação, abrangendo desde aspectos da comunicação em rede até questões como eficiência energética. Quando sensores são equipados com câmeras para funções de monitoramento visual, um novo escopo de desafios é lançado, uma vez que há uma mudança significativa nos requisitos de monitoramento e transmissão. Em particular, sensores visuais coletam dados seguindo um modelo direcional de monitoramento, alterando conceitos já estabelecidos de vizinhança e redundância, porém tornando possível a diferenciação de sensores pelas suas relevâncias de monitoramento para a aplicação. Nesse contexto, propomos que a relevância de monitoramento dos sensores fontes sejam exploradas em conjunto com a codificação de imagens por transformada DWT, unindo assim dois diferentes escopos de relevância para a criação de novos parâmetros de QoS. Essa abordagem inovadora permite uma nova gama de otimizações da operação da rede, possibilitando aumento de desempenho com pequenas perdas na qualidade global de monitoramento. Além da definição de um novo conceito de relevância e a proposição de mecanismos para suportar sua utilização prática, cinco diferentes otimizações da transmissão de imagens em redes de sensores visuais sem fio são propostas, visando economia de energia, transmissão com baixo atraso e recuperação de erros. Em conjunto, as estratégias de diferenciação e as otimizações relacionadas abrem uma importante vertente de pesquisa, onde os requisitos de monitoramento das aplicações são utilizados para guiar uma operação mais eficiente da rede

The traditional perimeter-based approach for computer network security (the castle and the moat model) hinders the progress of enterprise systems and promotes, both in administrators and users, the delusion that systems are protected. To deal with the new range of threats, a new data-safety oriented paradigm, called de-perimeterisation , began to be studied in the last decade. One of the requirements for the implementation of the de-perimeterised model of security is the definition of a safe and effective mechanism for federated identity. This work seeks to fill this gap by presenting the specification, modelling and implementation of a mechanism for federated identity, based on the combination of SAML and X.509 digital certificates stored in smart-cards, following the A3 standard of ICP-Brasil (Brazilian official certificate authority and PKI) A visão tradicional de segurança em redes de computadores, baseada em perímetro (modelo do castelo e fosso ), além de entravar a evolução dos sistemas corporativos, cria, tanto em administradores quanto usuários, a falsa ilusão de proteção. Para lidar com a nova gama de ameaças, um novo paradigma orientado à segurança intrínseca dos dados, chamado deperimetrização , começou a ser estudado na última década. Um dos requisitos para a implantação do modelo deperimetrizado de segurança é a definição de um mecanismo seguro e eficaz de identificação federada. Este trabalho busca preencher essa lacuna, apresentando a especificação, modelagem e implementação de um mecanismo de identificação federada, baseado na conjunção do protocolo SAML e certificados digitais X.509 armazenados em cartões-inteligentes, padrão A3/ICP-Brasil