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mnobrega committed Oct 31, 2012
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\begin{abstract}
-The consistent increase in the world's elder population has been putting a lot of challenges regarding national development, sustainability of families and the ability of health care systems to provide for ageing populations. As wireless sensing technology continues to evolve, devices integrating low-power, low-bandwidth radios and a modest amount of storage, emerge due to considerable reduced costs. Wireless sensors based home monitoring systems provide a safe, sound and secure environment for elder people, enabling them to live in their own home as long as possible. This work introduces the \acf{EMoS}, a \acs{MiXiM} based framework, in which an \acf{AODV} protocol has been implemented together with a modified HORUS system, for tracking and monitoring, in a home enviroment, elder people or people with special needs. The results obtained from this research demonstrate the feasibility to build a monitoring system for elder care using a simulated environment in which several aspects of the hardware commercially available have been also discussed.
+The consistent increase in the world's elder population has been putting a lot of challenges regarding national development, sustainability of families and the ability of health care systems to provide for ageing populations. As wireless sensing technology continues to evolve, devices integrating low-power, low-bandwidth radios and a modest amount of storage, emerge due to considerable reduced costs. Wireless sensors based home monitoring systems provide a safe, sound and secure environment for elder people, enabling them to live in their own home as long as possible. This work introduces the \acf{EMoS}, a \acs{MiXiM} based framework, in which an \acf{AODV} protocol has been implemented together with a modified HORUS system, for tracking and monitoring, in a home environment, elder people or people with special needs. The results obtained from this research demonstrate the feasibility to build a monitoring system for elder care using a simulated environment in which several aspects of the hardware commercially available have been also discussed.
\end{abstract}
@@ -1,5 +1,5 @@
\begin{resumo}
-O aumento constante da população idosa mundial tem criado uma enorme quantidade de desafios ao desenvolvimento nacional, à sustentabilidade das famílias e à capacidade dos sistemas de saúde de darem suporte à população idosa. À medida que a tecnologia dos sensores wireless evolui, dispositivos de baixo consumo, reduzida largura de banda e capacidade de armazenamento médio, surgem no mercado, com custos de aquisição bastante reduzidos. A monitorização de ambientes domésticos baseada em sensores wireless, fornece um meio seguro e contido para pessoas idosas, permitindo que estas possam viver nas suas casas o máximo tempo possível. Este trabalho introduz o \acf{EMoS}, um sistema desenvolvido no \acf{MiXiM}, onde foi implementado um protocolo de encaminhamento \acf{AODV} e um sistema de localização baseado no HORUS, com a finalidade de monitorizar, num ambiente doméstico, pessoas idosas ou com necessidades especiais. Os resultados obtidos desta investigação demonstram a viabilidade de construir um sistema de monitorização para idosos usando um ambiente simulado onde aspectos de hardware comercialmente disponível foram também discutidos.
+O aumento constante da população idosa mundial tem criado uma enorme quantidade de desafios ao desenvolvimento nacional, à sustentabilidade das famílias e à capacidade dos sistemas de saúde de darem suporte à população idosa. À medida que a tecnologia dos sensores wireless evolui, dispositivos de baixo consumo, reduzida largura de banda e capacidade de armazenamento médio, surgem no mercado, com custos de aquisição bastante reduzidos. A monitorização de ambientes domésticos baseada em sensores wireless, fornece um meio seguro e contido para pessoas idosas, permitindo que estas possam viver nas suas casas o máximo tempo possível. Este trabalho introduz o \acf{EMoS}, um sistema desenvolvido no \acf{MiXiM}, onde foi implementado um protocolo de encaminhamento \acf{AODV} e um sistema de localização baseado no HORUS, com a finalidade de monitorizar, num ambiente doméstico, pessoas idosas ou com necessidades especiais. Os resultados obtidos desta investigação demonstram a viabilidade de construir um sistema simulado para monitorização de pessoas num ambiente doméstico, onde aspectos de hardware comercialmente disponível foram também discutidos.
\end{resumo}
\begin{palavraschave}
@@ -7,7 +7,7 @@
\section{Motivação}
\label{chap:1:sec:1}
-O aumento da esperança de vida provoca actualmente um envelhecimento generalizado da população mundial o que coloca diversos desafios ao desenvolvimento nacional, à sustentabilidade das famílias e à capacidade dos sistemas de saúde. Durante anos recentes, o número de pessoas no mundo acima dos 60 anos aumentou de 200 milhões em 1950 para 670 milhões, sector etário que representa já cerca de 20\% do total da população nos países desenvolvidos \citep{1}. Com a deslocalização dos jovens para a periferia dos grandes centros e a baixa natalidade, aumenta cada vez mais o número de idosos que vivem sozinhos em suas casas. Esta situação cria ansiedade em todos os envolvidos, resultando muitas vezes num internamento precoce em lares, com um custo elevado e vagas limitadas.
+O aumento da esperança de vida provoca actualmente um envelhecimento generalizado da população mundial o que coloca diversos desafios ao desenvolvimento nacional, à sustentabilidade das famílias e à capacidade dos sistemas de saúde. Durante anos recentes, o número de pessoas no mundo, com idades acima dos 60 anos aumentou de 200 milhões em 1950 para 670 milhões, sector etário que representa já cerca de 20\% do total da população nos países desenvolvidos \citep{1}. Com a deslocalização dos jovens para a periferia dos grandes centros e a baixa natalidade, aumenta cada vez mais o número de idosos que vivem sozinhos em suas casas. Esta situação cria ansiedade em todos os envolvidos, resultando muitas vezes num internamento precoce em lares, com um custo elevado e vagas limitadas.
\begin{figure}[!htb]
\centering
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Pessoas com deficiências físicas ou mentais apresentam também uma idêntica necessidade de acompanhamento. Por exemplo, pessoas com deficiência mental média, normalmente têm capacidades sociais e funcionais para serem minimamente independentes, ainda que necessitem de alguma supervisão e assistência. Normalmente têm problemas tão básicos como, por exemplo, decidir quando se levantar ou deitar na cama, ou tomar medicamentos à hora certa.
-A monitorização de ambos os casos descritos permitiria libertar mão-de-obra especializada para situações de maior dependência, reduzindo custos e aumentando a eficiência, notificando médicos ou hospitais da mudança de sinais vitais e comportamentos, que precedam situações de risco ou interagindo com ambientes inteligentes.
+A monitorização de ambos os casos descritos permitiria libertar mão-de-obra especializada para situações de maior dependência, reduzindo custos e aumentando a eficiência, notificando médicos ou hospitais da mudança de sinais vitais e comportamentos, que precedam situações de risco.
A evolução tecnológica dos sensores wireless tem vindo a introduzir no mercado sensores, rádios e processadores de baixa potência e baixo custo. Estes dispositivos, com o seu reduzido tamanho, têm um enorme potencial para o desenvolvimento de aplicações centradas no utilizador. Com um vasto tipo de sensores, as aplicações ubíquas\footnote[1]{Aplicação que tem como objectivo tornar a interacção entre pessoa e máquina invisível, integrando a informática com acções e comportamentos naturais das pessoas.} podem por isso surgir como alternativa de baixo custo e enorme valor acrescentado para monitorização de pessoas num ambiente doméstico, criando uma simbiose entre pessoa e máquina, que permitiria usufruir do direito de viver de forma independente, com privacidade e dignidade.
@@ -39,7 +39,7 @@ \section{Objectivos}
Esta dissertação apresenta as seguintes contribuições:
\begin{itemize}
-\item Propõe um sistema de monitorização de pessoas idosas simulado;
+\item Propõe um sistema simulado de monitorização de pessoas idosas;
\item Propõe diversas soluções de hardware para a implementação de um sistema real;
\item Implementa um módulo \acf{AODV} para \acs{OMNeT++}/\acs{MiXiM};
\item Implementa um sistema de localização de nós móveis numa rede \acs{WSN}, usando um sistema HORUS modificada para \acs{OMNeT++}/\acs{MiXiM};
@@ -52,11 +52,11 @@ \section{Objectivos}
No \autoref{chap:2} é abordado o estado da arte. Neste capítulo faz-se uma análise da diversa bibliografia existente sobre o tema da monitorização. São abordados os sistemas de monitorização com áudio e vídeo, bem como os sensores \textit{Wearable} e os sensores domésticos de uso comum..
-No \autoref{chap:3} é feita uma recolha de trabalho relacionado, considerado relevante para este trabalho. A monitorização de idosos e a forma como estes aceitam a tecnologia, a visão dos prestadores de cuidados de saúde. As métricas necessárias no contexto das pessoas idosas. Seguidamente fala-se da localização em redes \acs{WSN}, das possibilidade de localização, usando a potência do sinal recebido, o ângulo de chegada e são analisados três sistemas de localização. São ainda estudados os protocolos de encaminhamento, as vantagens e desvantagens de cada um.
+No \autoref{chap:3} é feita uma recolha de trabalho relacionado, considerado relevante para este trabalho. Temas como, a monitorização de idosos e a forma como estes aceitam a tecnologia, a visão dos prestadores de cuidados de saúde, são abordados, bem como as métricas necessárias em contexto de pessoas idosas. Seguidamente fala-se da localização em redes \acs{WSN}, das possibilidade de localização, usando a potência do sinal recebido, o ângulo de chegada e são analisados três sistemas de localização. São ainda estudados os protocolos de encaminhamento, as vantagens e desvantagens de cada um.
No \autoref{chap:4} é feita uma introdução ao ambiente trabalho, ao processo de escolha e às decisões tomadas na simulação de obstáculos, bem como o modelo usado. É analisado ao pormenor o mecanismo de tratamento de sinal recebido do \acs{MiXiM}.
-No \autoref{chap:5} é descrita a arquitectura do sistema \acs{EMoS}, dos seus componentes, da camada \textit{NIC}, da camada \textit{network} onde é implementado o \acs{AODV} e da camada de aplicação onde e implementado o sistema de localização HORUS. Faz-se uma descrição completa do funcionamento das duas camadas recorrendo para isso a fluxogramas exemplificativos.
+No \autoref{chap:5} é descrita a arquitectura do sistema \acs{EMoS}, dos seus componentes, da camada \textit{NIC}, da camada \textit{network} onde é implementado o \acs{AODV} e da camada de aplicação onde se implementa o sistema de localização HORUS. Faz-se uma descrição completa do funcionamento das duas camadas recorrendo para isso a fluxogramas exemplificativos.
No \autoref{chap:7} faz-se a conclusão deste trabalho e lançam-se algumas ideias trabalho futuro.
@@ -4,7 +4,7 @@
\fancychapter{Estado da Arte}
\label{chap:2}
-A casa inteligente actual consiste em vários electrodomésticos e outros dispositivos, com sensores, actuadores e/ou monitores biomédicos, usados pelos residentes numa base diária. Em alguns casos a casa é monitorizada recorrendo a tecnologias áudio e vídeo, sendo que estes sistemas apresentam uma excelente forma de monitorização mas têm algumas desvantagens:
+O conceito de casa inteligente actual consiste em vários electrodomésticos e outros dispositivos, com sensores, actuadores e/ou monitores biomédicos, usados pelos residentes numa base diária. Em alguns casos a casa é monitorizada recorrendo a tecnologias áudio e vídeo, sendo que estes sistemas apresentam uma excelente forma de monitorização mas têm algumas desvantagens:
\begin{itemize}
\item Custos elevados devido ao uso de sensores sofisticados e equipamentos áudio-visuais;
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\section{Monitorização com Sinal Vídeo ou Áudio}
\label{chap:2:sec:1}
-Em \cite{2} através de um sensor wireless equipado com um acelerómetro e transportado pela pessoa, são detectadas possíveis quedas. Por forma a minimizar o número de falsos alarmes, são usadas câmaras que cobrem o espaço, que analisam a posição da pessoa e são activadas de acordo com a localização do nó móvel. Essa localização é obtida através de triangulação baseada nas posições conhecidas dos nós fixos e a potência recebida do nó móvel. É também apresentada a possibilidade de efectuar transmissão de voz utilizando o rádio \acs{IEEE} 802.15.4, uma vez que já existem rádios com largura de banda necessária para efectuar transmissão de voz.
+Em \cite{2} através de um sensor wireless equipado com um acelerómetro e transportado pela pessoa, são detectadas possíveis quedas. Por forma a minimizar o número de falsos alarmes, são usadas câmaras que cobrem o espaço, que analisam a posição da pessoa e são activadas de acordo com a localização do nó móvel. Essa localização é obtida através de triangulação baseada nas posições conhecidas dos nós fixos e da potência recebida do nó móvel. É também apresentada a possibilidade de efectuar transmissão de voz utilizando o rádio \acs{IEEE} 802.15.4, uma vez que já existem rádios com largura de banda necessária para efectuar transmissão de voz.
\begin{figure}[!htb]
\centering
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\label{fig:2:video_monit_02}
\end{figure}
-No trabalho \cite{5} é feita a aplicação de um sistema de monitorização num lar de idosos através de vídeo e áudio sem recurso a sensores portáteis. O trabalho referencia a insuficiência de profissionais em contraste com o rápido crescimento da população idosa e o pouco tempo que estes têm disponível para cada idoso. Emerge assim a necessidade de obter um conjunto de dados de forma autónoma e usado para detectar situações de perigo de atempadamente, como por exemplo a instabilidade do andar ou registos comportamentais que favorecem a prescrição de medicamentos psicotrópicos. Os grandes desafios indicados são a localização por vídeo, a correcta identificação e marcação das pessoas no campo de visão e a análise das suas actividades individuais.
+No trabalho \cite{5} é feita a aplicação de um sistema de monitorização num lar de idosos através de vídeo e áudio sem recurso a sensores portáteis. O trabalho referencia a insuficiência de profissionais em contraste com o rápido crescimento da população idosa e o pouco tempo que estes têm disponível para cada idoso. Emerge assim a necessidade de obter um conjunto de dados de forma autónoma e usado para detectar situações de perigo atempadamente, como por exemplo a instabilidade do andar ou registos comportamentais que favorecem a prescrição de medicamentos psicotrópicos. Os grandes desafios indicados são a localização por vídeo, a correcta identificação e marcação das pessoas no campo de visão e a análise das suas actividades individuais.
Partindo do conceito \textit{aging in place}, onde idosos vivem de forma independente e segura nas suas próprias casas, o trabalho \cite{6} apresenta, a monitorização de quedas mas também funcionalidades utilitárias como a detecção de objectos, calendário, vídeo-conferência e livro de endereços. Recorrendo a câmaras e a técnicas de \textit{machine learning} o sistema não necessita que o utilizador use um sensor. O sistema tem uma abordagem centralizada devido à forte exigência de processamento em tempo real e capacidade de memória. A detecção de objectos é feita verificando mudanças na imagem ou procurando objectos de acordo com as suas características.
@@ -52,17 +52,17 @@
\label{fig:3:video_monit_03}
\end{figure}
-Em \cite{7} é utilizado o sinal áudio em conjunto com o vídeo para inferir acerca de uma possível queda. O sinal áudio torna-se essencial para distinguir entre uma pessoa que se sentou ou que caiu. Consideram-se processos de textit{Markov}\footnote{Processo sem memória onde podem ser feitas previsões do futuro com base somente no estado presente, onde o futuro é independente do passado} que permitem perceber se o comportamento do indivíduo está de acordo com o previsto ou não e assim tomar as medidas necessárias.
+Em \cite{7} é utilizado o sinal áudio em conjunto com o vídeo para inferir acerca de uma possível queda. O sinal áudio torna-se essencial para distinguir entre uma pessoa que se sentou ou que caiu. Consideram-se processos de textit{Markov}\footnote{Processo sem memória onde podem ser feitas previsões do futuro com base somente no estado presente, onde o futuro é independente do passado}, processos esses que permitem perceber se o comportamento do indivíduo está de acordo com o previsto ou não e assim tomar as medidas necessárias.
Embora cada aplicação tenha as suas mais-valias e a precisão dos sistemas onde o sinal vídeo é utilizado seja bastante elevada, existe a questão da privacidade que resulta numa baixa aceitação deste tipo de sistemas por parte de pessoas idosas.
A grande preocupação nos trabalhos identificados permanece na detecção de quedas e na fiabilidade dessa detecção.
\section{Monitorização com Sensores \textit{Wearable}}
\label{chap:2:sec:2}
-Com a evolução dos sensores wireless aparecem cada vez mais soluções que permitem fazer uma monitorização contínua do estado de saúde de uma pessoa, independentemente da sua localização ou actividade. A redução do tamanho dos sensores permite idealizar a criação de vestuário com sensores embutidos, suficiente leve e confortável para poder ser usado diariamente. Para além da monitorização há também a possibilidade de administrar medicamentos, recorrendo a actuadores, automaticamente ou de forma manual por um profissional de saúde de forma remota.
+Com a evolução dos sensores wireless aparecem cada vez mais soluções que permitem fazer uma monitorização contínua do estado de saúde de uma pessoa, independentemente da sua localização ou actividade. A redução do tamanho dos sensores permite idealizar a criação de vestuário com sensores embutidos, suficiente leve e confortável para poder ser usado diariamente. Para além da monitorização há também a possibilidade de administrar medicamentos automaticamente (recorrendo a actuadores) ou de forma manual por um profissional de saúde de forma remota.
-Em \cite{8} é abordada a \acf{BSN} como solução para a detecção precoce de problemas cardíacos. Através de um conjunto de sensores equipados com medidor de temperatura, medidor de pulso, acelerómetro e até sensores capazes de obter um electrocardiograma\footnote{Representação gráfica da actividade eléctrica do coração} (ECG), um electromiograma\footnote{Representação do potencial eléctrico gerado pelas células dos músculos} (EMG) ou um electroencefalograma\footnote{Representação da actividade do cérebro, obtida por pequenos sinais eléctricos chamados impulsos} (EEG). O sistema abordado tem um nó coordenador para onde todos os outros enviam informação e é usada a norma \acs{IEEE} 802.15.4, que com suficiente largura de banda permite a transmissão da informação necessária.
+Em \cite{8} é abordada a \acf{BSN} como solução para a detecção precoce de problemas cardíacos, através de um conjunto de sensores equipados com medidor de temperatura, medidor de pulso, acelerómetro e até sensores capazes de obter um electrocardiograma\footnote{Representação gráfica da actividade eléctrica do coração} (ECG), um electromiograma\footnote{Representação do potencial eléctrico gerado pelas células dos músculos} (EMG) ou um electroencefalograma\footnote{Representação da actividade do cérebro, obtida por pequenos sinais eléctricos chamados impulsos} (EEG). O sistema abordado tem um nó coordenador para onde todos os outros enviam informação e é usada a norma \acs{IEEE} 802.15.4, que com suficiente largura de banda permite a transmissão da informação necessária.
\begin{figure}[!htb]
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