Temas para Trabalhos de Conclusão de Curso de Graduação
- Redes Embarcadas: a tecnologia FlexRay
- Sumário
Alguns automóveis contemporâneos são verdadeiros sistemas
distribuídos sobre rodas, conectando perto de uma centena de
processadores e microcontroladores através de redes de
comunicação de dados especialmente projetadas para o
ambiente eletromagnéticamente poluído que são os
automóveis. A tecnologia FlexRay contempla vários destes
quesitos e vem sendo encarada como alternativa pela indústria
automobilística. Pontos de interesse para uma monografia
incluem aspectos históricos, aplicações, características
técnicas do hardware, dos protocolos e do respectivo
software básico (comparação com o modelo de referência OSI)
bem como perspectivas de desenvolvimentos futuros.
- Referências
- G. Leen & D. Heffernan,
Time-triggered controller area network,
IEE Computing & Control Engineering Journal, v.12, n. 6, .p 245-256, 2001.
- Wolfhard Lawrenz,
CAN System Engineering: From Theory to Practical Applications,
Springer, 1997 ISBN 0-387-94939-9.
-
In-Vehicle Networks 2002: a collection of technical papers from the
SAE 2002 World Congress.
- Redes de Sensores sem Fios
- Sumário
O micro-sensoriamento pervasivo através de Redes de Sensores
sem Fios está revolucionando a maneira como compreendemos e
gerenciamos sistemas físicos complexos desde habitats de
animais até plantas industriais. A possibilidade de
monitoramento físico detalhado em virtualmente qualquer
ambiente oferece oportunidades para quase todas as
disciplinas científicas e é um campo de pesquisa aberto.
Compostas por milhares de pequenos dispositivos com recursos
muito limitados, redes de sensores estão sujeitas a novos
problemas e restrições de sistema. Enquanto o hardware de
Redes de Sensores sem Fios está evoluindo para plataformas
estáveis e comercialmente disponíveis, a fronteira
Hardware/Software é um tópico de pesquisa aberto. Sistemas
Operacionais para Redes de Sensores devem implementar
abstrações que tratem de sensores analógicos e digitais,
devem prover uma pilha de protocolos para comunicação e
fazer uso eficiente da capacidade limitada de energia do
sistema. Ao mesmo tempo, devem prover uma interface de
sistema e sistema de configuração simples para o programador
da aplicação, que provavelmente não será um especialista em
Sistemas Operacionais nem terá grande conhecimento do design
do sistema da Rede de Sensores.
- Referências
- Levis, et. al.,
The Emergence of Networking Abstractions and Techniques in TinyOS.
- Akyildiz, et. al.,
A Survey on Sensor Networks.
- Lucas Wanner,
The EPOS System Supporting Wireless Sensor Networks Applications.
- Mainwaring, et. al.,
Wireless Sensor Networks for Habitat Monitoring.
- Rentala, et. al.,
Survey on Sensor Networks.
- Perrig, et. al.,
SPINS: Security Protocols for Sensor Networks.
- Akkaya, et. al.,
A Survey on Routing Protocols for Wireless Sensor Netoworks.
- Pereira, et. al.,
Tutorial sobre Redes de Sensores.
- Observações
Este tema é bastante abrangente e pode comportar múltiplas
monografias focalizadas em aspectos específicos como
"protocolos de comunicação para redes de sensores sem fios",
"abstração de sensores e atuadores em redes de sensores sem
fios" e "conservação de energia em redes de sensores sem
fios". Além disso, há uma grande gama de aplicações de redes
de sensores sem fios que poderiam servir de base para uma
monografia.
- Implementação e avaliação de protocolos MAC para redes de sensores
- Sumário
A simplicidade do hardware de comunicação para redes de
sensores sem fios (RSSF) faz com que o protocolo de controle
de acesso ao meio (MAC -- Media Access Control) e outros
serviços da camada de enlace de dados tenham que ser
implementados em software. Serviços tipicamente
implementados em hardware, como detecção de pacotes de
dados, detecção e tratamento de erros, endereçamento,
filtragem de pacotes não só integram, mas tornam-se a parte
principal da pilha de comunicações implementada por um
sistema operacional para RSSF.
O custo em termos de consumo de energia do envio e recepção
de dados nos rádios atuais é ordens de magnitude maior do
que o custo da execução de instruções em um
micro-controlador. Um sistema de comunicação para RSSF
deve, portanto, utilizar os recursos de comunicação de
forma conservadora, fornecendo não mais do que aplicações
específicas necessitam para implementar seus serviços.
Como estas aplicações podem ter cargas de trabalho de
comunicação muito diferentes entre si, adaptabilidade e
configuração determinada pela aplicação são fatores de
grande importância.
Trabalhos neste tópico poderão incluir: implementação de
estratégias de controle de acesso ao meio para o framework
C-MAC (Configurable MAC), que funciona como um protocolo
configurável de acesso ao meio para RSSF; integração da pilha
de comunicações 802.15.4/ZigBee no sistema EPOS; e estudos
comparativos de diferentes protocolos. Estes trabalhos
estarão inseridos em um contexto de um projeto de suporte de
sistema operacional para aplicações em RSSF, e oferecem
boas chances para publicações acadêmicas.
- Referências
- Wanner,
Suporte de Sistema Operacional para Redes de Sensores Sem Fios.
- Wanner, et. al.,
Configurable Medium Access Control for Wireless Sensor Networks.
- Langendoen and Halkes,
Energy-Efficient Medium Access Control.
- Rentala, et. al.,
Survey on Sensor Networks.
- Hill, et. al.,
System architecture directions for networked sensors.
- Aplicações em Redes de Sensores
- Sumário
A competição Sentient Future,
apresentou
diversos cenários interessantes para futuras aplicações
de Redes redes de sensores sem fios (RSSF). Ainda que
algumas destas aplicações exijam tecnologias não
disponíveis hoje, os protótipos atuais de nodos de
sensor permitem aplicações nos mais diversos campos
de conhecimento.
Projetos de Aplicações em Redes de Sensores deverão
fazer uso do hardware e sistema de suporte de tempo
de execução disponíveis no LISHA para implementar
sistemas de sensoriamento. Áreas de interesse especial
incluem aplicações comerciais e industriais,
monitoramento de ambientes de preservação ambiental,
e integração de redes de sensores com sistemas de
identificação por rádio-freqüência (RFID) e redes
de dados GPRS.
- Referências
- Wanner,
Suporte de Sistema Operacional para Redes de Sensores Sem Fios.
- Mainwaring, et. al.,
Wireless Sensor Networks for Habitat Monitoring.
- Rentala, et. al.,
Survey on Sensor Networks.
- Hill, et. al.,
System architecture directions for networked sensors.
- Gerência do Consumo de Energia em Sistemas Embarcados
- Sumário
O termo power-aware está cada dia mais
presente nas discussões e projetos sobre sistemas
computacionais. De fato, este é um problema que
precisa ser tratado em sistemas de todos os tipos, desde
grandes centros de computação (e.g.,
agregados e grades computacionais) até pequenos
dispositivos de computação embarcada e
dedicada que são, frequentemente, alimentados por
baterias.
O interesse do LISHA está na gerência do consumo de
energia destes últimos dispositivos. Trabalhos
já realizados desenvolveram suporte do sistema
operacional EPOS para permitir que as
aplicações gerenciem o consumo de energia
dos sistemas de forma eficiente. Trabalhos em andamento
estão explorando técnicas que suavizem a
responsabilidade da aplicação no processo de
gerência de energia. Estes trabalhos estão
explorando técnicas de QoS (Qualidade de
Serviço) e Tempo Real aplicadas à realidade
dos dispositivos embarcados com restrições
sérias não só em termos de consumo de
energia, mas também em termos de processamento e
memória.
No que tange a execução de trabalhos de
conclusão de graduação, existem
diversos pacotes de trabalho que podem ser alocados aos
alunos. Dentre eles cabe citar:
- Implementação de políticas para a
gerência do consumo de energia de dispositivos
específicos (e.g., escalonadores DVS para
processadores, placas de rede, dispositivos de
armazenamento)
- Desenvolvimento de componentes de hardware
configuráveis para baixo consumo de energia
- Concepção de aplicações
suficientemente complexas e com restrições
críticas em termos de consumo de energia que
representem um desafio ao seu desenvolvimento
- Referências
- Hoeller,
Gerência do Consumo de Energia Dirigida Pela Aplicação em Sistemas Embarcados.
- Hoeller, et.al.,
A Hierarchical Approach For Power Management on Mobile Embedded Systems.
- Venkatachalam and Franz,
Power reduction techniques for microprocessor systems.
- Zeng, et.al.,
ECOSystem: managing energy as a first class operating system resource.
- Telemetria: Gerenciamento da Rede de Distribuição de Energia Elétrica
- Sumário
A fim de assegurar a contínua disponibilidade do serviço de
distribuição de energia elétrica, bem como a qualidade deste,
é fundamental que toda a infra-estrutura envolvida seja
constantemente avaliada e, no caso de eventuais falhas,
rapidamente reparada. A característica de distribuição
geográfica de grande escala está dentre os fatores que
adicionam maior dificuldade ao processo de monitoramento e
manutenção dos sistemas de distribuição de energia
elétrica. Não obstante, novas tecnologias de comunicação
digital sem fios de baixo custo começam a surgir e despontam
como potenciais propulsores de um novo estágio no
gerenciamento de redes de distribuição de energia elétrica até
o nível dos transformadores de baixa tensão. Tal sistema de
gerenciamento faria uso de sensores para monitorar parâmetros
da rede em pontos estratégicos. Os trabalhos nessa área se
concentram no desenvolvimento de plataformas capazes de
capturar, analisar e transmitir indicadores de qualidade que
possam compor uma base de dados para a atuação de sistemas
especialistas.
- Referências
- MATOS, Roberto de,
Plataforma de Telecontrole Sem Fio.
- KALDEN, MEIRICK, MEYER,
Wireless Internet Access based on GPRS.
- UCEL,
Transmissão de Dados.
- LABÁN, D. T.,
Sistema de Adquisición y Transmisión de Datos por Telemetría en la Rede Sísmica del Norte del Perú.
- Rentala, et. al.,
Survey on Sensor Networks.
- Perrig, et. al.,
SPINS: Security Protocols for Sensor Networks.
- Akkaya, et. al.,
A Survey on Routing Protocols for Wireless Sensor Netoworks.
- Pereira, et. al.,
Tutorial sobre Redes de Sensores.
- Observações
Esse tema pode abranger várias áreas como:
- Interfaces de hardware para captura de dados;
- Processamento digital de sinais para analise local dos indicadores de qualidade;
- Protocolos de comunicação entre a central e os sistemas de monitoramento;
- Abstrações para interfaces de sensores e de comunicação sem fio;
- Sistemas especialistas para mineração de dados.
- Projeto de Sistemas Embarcados: Co-Projeto de Hardware e Software
- Sumário
Abordagens que consideram o projeto de hardware e de software
de forma separada, são incapazes de atender aos requisitos de
projeto de sistemas embarcados complexos. A necessidade de
desenvolvimento de tais sistemas com tempo de projeto cada vez
mais curtos vem guiando a comunidade de sistemas embarcados na
direção de Co-Projeto de Hardware e Software. O
Co-Projeto de Hardware e Software compõem um conjunto de
disciplinas que visam guiar o processo de desenvolvimento de
hardware e software de forma conjunta, reduzindo desta maneira
o tempo de execução do projeto de um sistema. Pontos de
interesse para uma monografia incluem metodologias de
co-projeto de sistemas embarcados, co-simulação e
co-verificação de projetos, projeto no nível de sistema e o
seu particionamento entre hardware e software, desenvolvimento
de componentes híbridos de hardware e software e suas
interfaces de comunicação, assim como estudo de casos de
aplicação das metodologias de co-projeto.
- Referências
- Jerraya, A. A.,
Long Term Trends for Embedded System Design. DSD, 2004, 20-26.
- Jerraya, A. A. & Wolf, W.,
Hardware/Software Interface Codesign for Embedded Systems. IEEE Computer, 2005, 38, 63-69.
- Adams, J. & Thomas, D.,
The design of mixed hardware/software systems. Design Automation Conference Proceedings 1996, 33rd, 1996, 515-520.
- Cesario, W. et. al.,
Multiprocessor SoC platforms: a component-based design approach. Design & Test of Computers, IEEE, 2002, 19, 52-63 .
- Kriaa, L. et. al.,
Service Based Component Design Approach for Flexible Hardware/Software Interface Modeling. IEEE International Workshop on Rapid System Prototyping, 2006, 156-162.
- Mooney, I.,
Hardware/software partitioning of operating systems. Design, Automation and Test in Europe Conference and Exhibition, 2003, 2003, 338-339.
- Anderson, E.,
Enabling a Uniform Programming Model Across the Software/Hardware Boundary. 14th Annual IEEE Symposium on Field-Programmable Custom Computing Machines, 2006. FCCM '06, 2006, 89-98
.
- Codificação de Áudio e Vídeo para Televisão Digital
- Sumário
O papel da codificação em um sistema de TV digital é
importante porque ele comprime os sinais de áudio e vídeo
gerados pelas câmeras e microfones, possibilitando a
transmissão dessa informação pelos meios digitais. Sem essa
compressão, uma capacidade de transmissão muito maior seria
exigida da infra-estrutura do sistema, tornado-a
comercialmente inviável. Devido à alta demanda de recursos
para se realizar a codificação de sinais de vídeo (de alta
qualidade High Definition) em tempo real, faz-se necessária a
implementação de soluções que suportem processamento paralelo,
como um cluster de computadores interligados por uma rede de
alta velocidade.
- Referências
- Brice, Richard,
Newnes Guide to Digital TV, Newnes, 2ed. 294p.
- ISO/IEC,
Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio Information, Part 7: Advanced Audio Coding (AAC), ISO/IEC 13818-7.
- ITU-T,
Advanced video coding for generic audiovisual services, ITU-T Recommendation H.264 (ISO/IEC 14496-10).
- ITU-T,
Information Technology ~ Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio Information: System. ITU-T Recommendation H.222.0 (ISO/IEC 13818-1).
- Richardson, Iain E.,
H.264 and MPEG-4 Video Compression, John Wiley & Sons, ISBN 0-470-84837-5.
- Observações
Paralelização de algoritmos de codificação de vídeo; Otimização
de algoritmos de codificação de áudio/vídeo; Implementação de
blocos (IDCT, Quantização) funcionais em linguagens de descrição
de hardware (VHDL, Verilog) / FPGAs; Aplicação de técnicas de
processamento digital de sinais na codificação de vídeo.