DEPARTAMENTO DE FÍSICA

 

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Ano letivo: 2005-2006
Especificação técnica - ficha curricular
N.B. estas fichas estão definidas apenas desde 2007 (acordo de Bolonha).

Elementos especificos
código da disciplinaciclo de estudossemestre lectivocréditos ECTSlíngua de ensino
36pt *)

*) N.B.  se houver estudantes que não falem português a língua é o inglês.

Objectivos formativos

Compreender a arquitectura global de um sistema de telemetria e supervisão de pessoas, equipamentos e processos, suas componentes, funções e características;
Compreender os aspectos relativos às Comunicações, respectivos protocolos e meios físicos incluindo as redes de sensores sem fios;
Capacidade de utilizar e especificar sistemas de telemetria e de telegestão.
Formação científica ao nível de inovação nas redes de sensores sem fios, vista hoje como a próxima Internet - a Internet das coisas!


Programa genérico mínimo

A aprovação na disciplina pressupõe a frequência de dois dos módulos seguintes:

Módulo 1: Introdução aos sistemas de telemetria e supervisão
1.1. Arquitectura genérica
Sensores e actuadores
Controlo de processos e controlo de supervisão; Controlo remoto e controlo em rede
Sistemas de aquisição de dados
Instrumentação de controlo; Sensores inteligentes; Tolerância a falhas.
1.2. Comunicações de dados
Componentes de um sistema de comunicações;
Modelo OSI; Topologias; Endereçamento; Controlo de erros; Controlo de fluxo;
Protocolos série; Comunicação síncrona e assíncrona; modems;
Protocolos TCP/IP;
Protocolos sem fios (Bluetooth, WiFi, GSM/GPRS/UMTS) e por satélite.

Módulo 2: Projecto de sistemas de telemetria e supervisão *
2.1. Sistemas Remotos de Tempo Real
Definições, conceitos básicos e breve história;
STRs (Sistemas de Tempo Real) e RTUs (Remote Terminal Units), problemas críticos e exemplos de aplicação;
Técnicas de projecto do hardware e do software de um STR;
Robustez e fiabilidade, multiprocessamento, tolerância a falhas.
2.2. Unidades de Gestão
Modelos de dados; Informação de estado, histórico e alarme;
Armazenamento e processamento de dados;
Interfaces com o utilizador; Gráficos e relatórios;
Considerações de privacidade e segurança;
Sistemas de gestão com redundância.

Módulo 3: Introdução às RSSF
Introdução: motivação, aplicações, sensores, arquitecturas e plataformas para RSFF
Sistemas actuais: Berkeley Mote, Tiny OS e nesC. Como programar RSFF
Arquitecturas de dados
Abstracções e modelos de programação
Caso de Estudo: análise de um sistema de monitorização básico

Módulo 4: Protocolos de comunicação das RSSF *
Realidade das comunicações rádio: Irregularidades na transmissão e respectivo impacto nos protocolos de comunicação
Protocolos de acesso ao meio: B-MAC, MAC multicanal
Problemas de roteamento: GF, DSR, AODV, Difusão Directa, SPEED, RAP, IGF
Caso de Estudo: análise e avaliação de um sistema heterogéneo

Módulo 5: Tópicos avançados das RSSF *
Problemas de sincronismo de relógio: FTSP, TPSN
Problemas de localização: TDOA, walking GPS, soluções de alcance livre
Problemas de gestão de energia
Problemas de privacidade e segurança
Caso de Estudo: análise um sistema completo de RSSF.


Pré-requisitos

Electrónica
Sinais e Sistemas
Interfaces e Sistemas de Aquisicao de Dados


Competências genéricas a atingir
. Competência em análise e síntese;
. Competência em comunicação oral e escrita;
. Competência em trabalho em equipas interdisciplinares;
. Competência em entender a linguagem de outros especialistas;
. Competência em aprendizagem autónoma;
. Competência para resolver problemas;
. Uso da internet como meio de comunicação e fonte de informação;
. Competência em trabalho em grupo;
. Competência em raciocínio crítico;
. Iniciativa e espírito empreendedor;
(por ordem decrescente de importância)
Horas lectivas semestrais
aulas práticas laboratoriais10
seminário20
orientação tutorial30
total horas lectivas60

Método de avaliação
Relatório de seminário ou visita de estudo30 %
Trabalho de síntese20 %
Projecto50 %

Bibliografia de referência

Understanding Data Communications, 7th Edition, Gilbert Held, Addison Wesley, 2002
Wireless Sensor Networks, A Systems Perspective Bulusu, Nirupama e Jha, Sanjay Artech House, 2005
Measurement Systems and Sensors, Nawrocki, Waldemar, Artech House, 2005
Real-Time Design and Analysis. An Engineers Handbook, Laplante, Philip A., 2nd Edition, Wiley Interscience, 1997.
F. Zhao and L. Guibas, Wireless Sensor Networks, Morgan Kaufmann, San Francisco, 2004.
Azzedine Boukerche, Algorithms and Protocols for Wireless Sensor Networks, Wiley Series on Parallel and Distributed Computing, 2009.
Brian Otis, Ultra-low Power Wireless Technologies for Sensor Networks, Springer, 2007.


Método de ensino

Apresentação dos diferentes tópicos em aulas ou seminários presenciais.
Realização de um projecto laboratorial focando essencialmente na componente de comunicações e de um trabalho de síntese que obrigará os alunos a fazer pesquisa bibliográfica e uma exposição oral.


Recursos específicos utilizados

Laboratório de instrumentação equipado com alguns computadores com modems, alguns sensores, actuadores e nodos de redes sem fios.