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Commits on Oct 30, 2012
mnobrega Started abstract. 628300f
mnobrega corrections with the help of Ana. 3255f5f
Commits on Oct 31, 2012
mnobrega Corrected all the hfull or overhill problems. f29b995
View
2 0_cfg_misc/0_acronyms.tex
@@ -10,7 +10,7 @@
\acro{CAN}{\acroemph{Car Area Network}}
\acro{LAN}{\acroemph{Local Area Network}}
\acro{RFID}{\acroemph{Radio-frequency Identification}}
- \acro{CM}{\acroemph{Case Manager}\acroextra{, profissionais de saúde do ramo da geriatria.}}
+ \acro{CM}{\acroemph{Case Manager}\acroextra{, profissionais de saúde do ramo da geriatria}}
\acro{ADL}{\acroemph{Activity of Daily Living}}
\acroplural{ADL}[ADLs]{\acroemph{Activities of Daily Living}}
\acro{PDA}{\acroemph{Personal Digital Assistant}}
View
6 0_cfg_misc/1_abstract.tex
@@ -1,3 +1,3 @@
-\begin{abstract}
-Your abstract goes here.
-\end{abstract}
+\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.
+\end{abstract}
View
154 0_cfg_misc/r_0_title.tex
@@ -1,77 +1,77 @@
-%
-% paper title
-% can use linebreaks \\ within to get better formatting as desired
-\title{Paper title}
-%
-%
-% author names and IEEE memberships
-% note positions of commas and nonbreaking spaces ( ~ ) LaTeX will not break
-% a structure at a ~ so this keeps an author's name from being broken across
-% two lines.
-% use \thanks{} to gain access to the first footnote area
-% a separate \thanks must be used for each paragraph as LaTeX2e's \thanks
-% was not built to handle multiple paragraphs
-%
-
-\author{Your~Name
-
-\textit{Department of Electrical and Computer Engineering}
-
-\textit{Instituto Superior Técnico}
-
-\textit{Av. Rovisco Pais, 1049-001 Lisboa, Portugal}
-
-E-mail: your.email@mailprovider.com
-
- \thanks{October 2009}}
-
-% note the % following the last \IEEEmembership and also \thanks -
-% these prevent an unwanted space from occurring between the last author name
-% and the end of the author line. i.e., if you had this:
-%
-% \author{....lastname \thanks{...} \thanks{...} }
-% ^------------^------------^----Do not want these spaces!
-%
-% a space would be appended to the last name and could cause every name on that
-% line to be shifted left slightly. This is one of those "LaTeX things". For
-% instance, "\textbf{A} \textbf{B}" will typeset as "A B" not "AB". To get
-% "AB" then you have to do: "\textbf{A}\textbf{B}"
-% \thanks is no different in this regard, so shield the last } of each \thanks
-% that ends a line with a % and do not let a space in before the next \thanks.
-% Spaces after \IEEEmembership other than the last one are OK (and needed) as
-% you are supposed to have spaces between the names. For what it is worth,
-% this is a minor point as most people would not even notice if the said evil
-% space somehow managed to creep in.
-
-
-
-% The paper headers
-% \markboth{Journal of \LaTeX\ Class Files,~Vol.~6, No.~1, January~2007}%
-% {Shell \MakeLowercase{\textit{et al.}}: Bare Demo of IEEEtran.cls for Journals}
-% The only time the second header will appear is for the odd numbered pages
-% after the title page when using the twoside option.
-%
-% *** Note that you probably will NOT want to include the author's ***
-% *** name in the headers of peer review papers. ***
-% You can use \ifCLASSOPTIONpeerreview for conditional compilation here if
-% you desire.
-
-
-
-
-% If you want to put a publisher's ID mark on the page you can do it like
-% this:
-%\IEEEpubid{0000--0000/00\$00.00~\copyright~2007 IEEE}
-% Remember, if you use this you must call \IEEEpubidadjcol in the second
-% column for its text to clear the IEEEpubid mark.
-
-
-
-% use for special paper notices
-%\IEEEspecialpapernotice{(Invited Paper)}
-
-
-
-
-% make the title area
-\maketitle
+%
+% paper title
+% can use linebreaks \\ within to get better formatting as desired
+\title{Wireless Monitoring of People in a Home Environment}
+%
+%
+% author names and IEEE memberships
+% note positions of commas and nonbreaking spaces ( ~ ) LaTeX will not break
+% a structure at a ~ so this keeps an author's name from being broken across
+% two lines.
+% use \thanks{} to gain access to the first footnote area
+% a separate \thanks must be used for each paragraph as LaTeX2e's \thanks
+% was not built to handle multiple paragraphs
+%
+
+\author{Márcio Luís M. V. Nóbrega
+
+\textit{Department of Electrical and Computer Engineering}
+
+\textit{Instituto Superior Técnico}
+
+\textit{Av. Rovisco Pais, 1049-001 Lisboa, Portugal}
+
+E-mail: marcio.nobrega@ist.utl.pt
+
+ \thanks{October 2012}}
+
+% note the % following the last \IEEEmembership and also \thanks -
+% these prevent an unwanted space from occurring between the last author name
+% and the end of the author line. i.e., if you had this:
+%
+% \author{....lastname \thanks{...} \thanks{...} }
+% ^------------^------------^----Do not want these spaces!
+%
+% a space would be appended to the last name and could cause every name on that
+% line to be shifted left slightly. This is one of those "LaTeX things". For
+% instance, "\textbf{A} \textbf{B}" will typeset as "A B" not "AB". To get
+% "AB" then you have to do: "\textbf{A}\textbf{B}"
+% \thanks is no different in this regard, so shield the last } of each \thanks
+% that ends a line with a % and do not let a space in before the next \thanks.
+% Spaces after \IEEEmembership other than the last one are OK (and needed) as
+% you are supposed to have spaces between the names. For what it is worth,
+% this is a minor point as most people would not even notice if the said evil
+% space somehow managed to creep in.
+
+
+
+% The paper headers
+% \markboth{Journal of \LaTeX\ Class Files,~Vol.~6, No.~1, January~2007}%
+% {Shell \MakeLowercase{\textit{et al.}}: Bare Demo of IEEEtran.cls for Journals}
+% The only time the second header will appear is for the odd numbered pages
+% after the title page when using the twoside option.
+%
+% *** Note that you probably will NOT want to include the author's ***
+% *** name in the headers of peer review papers. ***
+% You can use \ifCLASSOPTIONpeerreview for conditional compilation here if
+% you desire.
+
+
+
+
+% If you want to put a publisher's ID mark on the page you can do it like
+% this:
+%\IEEEpubid{0000--0000/00\$00.00~\copyright~2007 IEEE}
+% Remember, if you use this you must call \IEEEpubidadjcol in the second
+% column for its text to clear the IEEEpubid mark.
+
+
+
+% use for special paper notices
+%\IEEEspecialpapernotice{(Invited Paper)}
+
+
+
+
+% make the title area
+\maketitle
View
268 0_cfg_misc/r_1_intro.tex
@@ -1,125 +1,145 @@
-
-\input{0_cfg_misc/1_abstract}
-
-% Note that keywords are not normally used for peerreview papers.
-\begin{IEEEkeywords}
-Up to, six, keywords.
-\end{IEEEkeywords}
-
-% For peer review papers, you can put extra information on the cover
-% page as needed:
-% \ifCLASSOPTIONpeerreview
-% \begin{center} \bfseries EDICS Category: 3-BBND \end{center}
-% \fi
-%
-% For peerreview papers, this IEEEtran command inserts a page break and
-% creates the second title. It will be ignored for other modes.
-\IEEEpeerreviewmaketitle
-
-\section{Introduction}
-% The very first letter is a 2 line initial drop letter followed
-% by the rest of the first word in caps.
-%
-% form to use if the first word consists of a single letter:
-% \IEEEPARstart{A}{demo} file is ....
-%
-% form to use if you need the single drop letter followed by
-% normal text (unknown if ever used by IEEE):
-% \IEEEPARstart{A}{}demo file is ....
-%
-% Some journals put the first two words in caps:
-% \IEEEPARstart{T}{his demo} file is ....
-%
-% Here we have the typical use of a "T" for an initial drop letter
-% and "HIS" in caps to complete the first word.
-\IEEEPARstart{I}{n} recent years, ...
-
-% \hfill initials
-
-% \hfill Month Day, Year
-
-...
-
-
-
-% An example of a floating figure using the graphicx package.
-% Note that \label must occur AFTER (or within) \caption.
-% For figures, \caption should occur after the \includegraphics.
-% Note that IEEEtran v1.7 and later has special internal code that
-% is designed to preserve the operation of \label within \caption
-% even when the captionsoff option is in effect. However, because
-% of issues like this, it may be the safest practice to put all your
-% \label just after \caption rather than within \caption{}.
-%
-% Reminder: the "draftcls" or "draftclsnofoot", not "draft", class
-% option should be used if it is desired that the figures are to be
-% displayed while in draft mode.
-%
-%\begin{figure}[!t]
-%\centering
-%\includegraphics[width=2.5in]{myfigure}
-% where an .eps filename suffix will be assumed under latex,
-% and a .pdf suffix will be assumed for pdflatex; or what has been declared
-% via \DeclareGraphicsExtensions.
-%\caption{Simulation Results}
-%\label{fig_sim}
-%\end{figure}
-
-% Note that IEEE typically puts floats only at the top, even when this
-% results in a large percentage of a column being occupied by floats.
-
-
-% An example of a double column floating figure using two subfigures.
-% (The subfig.sty package must be loaded for this to work.)
-% The subfigure \label commands are set within each subfloat command, the
-% \label for the overall figure must come after \caption.
-% \hfil must be used as a separator to get equal spacing.
-% The subfigure.sty package works much the same way, except \subfigure is
-% used instead of \subfloat.
-%
-%\begin{figure*}[!t]
-%\centerline{\subfloat[Case I]\includegraphics[width=2.5in]{subfigcase1}%
-%\label{fig_first_case}}
-%\hfil
-%\subfloat[Case II]{\includegraphics[width=2.5in]{subfigcase2}%
-%\label{fig_second_case}}}
-%\caption{Simulation results}
-%\label{fig_sim}
-%\end{figure*}
-%
-% Note that often IEEE papers with subfigures do not employ subfigure
-% captions (using the optional argument to \subfloat), but instead will
-% reference/describe all of them (a), (b), etc., within the main caption.
-
-
-% An example of a floating table. Note that, for IEEE style tables, the
-% \caption command should come BEFORE the table. Table text will default to
-% \footnotesize as IEEE normally uses this smaller font for tables.
-% The \label must come after \caption as always.
-%
-%\begin{table}[!t]
-%% increase table row spacing, adjust to taste
-%\renewcommand{\arraystretch}{1.3}
-% if using array.sty, it might be a good idea to tweak the value of
-% \extrarowheight as needed to properly center the text within the cells
-%\caption{An Example of a Table}
-%\label{table_example}
-%\centering
-%% Some packages, such as MDW tools, offer better commands for making tables
-%% than the plain LaTeX2e tabular which is used here.
-%\begin{tabular}{|c||c|}
-%\hline
-%One & Two\\
-%\hline
-%Three & Four\\
-%\hline
-%\end{tabular}
-%\end{table}
-
-
-% Note that IEEE does not put floats in the very first column - or typically
-% anywhere on the first page for that matter. Also, in-text middle ("here")
-% positioning is not used. Most IEEE journals use top floats exclusively.
-% Note that, LaTeX2e, unlike IEEE journals, places footnotes above bottom
-% floats. This can be corrected via the \fnbelowfloat command of the
+
+\input{0_cfg_misc/1_abstract}
+
+% Note that keywords are not normally used for peerreview papers.
+\begin{IEEEkeywords}
+Sensor Networks, Elder Care, Routing Protocols, Indoor Location, MiXiM, OMNeT++
+\end{IEEEkeywords}
+
+% For peer review papers, you can put extra information on the cover
+% page as needed:
+% \ifCLASSOPTIONpeerreview
+% \begin{center} \bfseries EDICS Category: 3-BBND \end{center}
+% \fi
+%
+% For peerreview papers, this IEEEtran command inserts a page break and
+% creates the second title. It will be ignored for other modes.
+\IEEEpeerreviewmaketitle
+
+\section{Introduction}
+% The very first letter is a 2 line initial drop letter followed
+% by the rest of the first word in caps.
+%
+% form to use if the first word consists of a single letter:
+% \IEEEPARstart{A}{demo} file is ....
+%
+% form to use if you need the single drop letter followed by
+% normal text (unknown if ever used by IEEE):
+% \IEEEPARstart{A}{}demo file is ....
+%
+% Some journals put the first two words in caps:
+% \IEEEPARstart{T}{his demo} file is ....
+%
+% Here we have the typical use of a "T" for an initial drop letter
+% and "HIS" in caps to complete the first word.
+\IEEEPARstart{I}{n} recent years, the increase in life expectancy 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. During recent years the number of people in the world above 60 years has increased from 200 million in 1950 to 670 million, an ageing group that represents already 20\% of the world's total population in developed countries \cite{1}.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=0.485\textwidth]{img/01_demografia_pt.png}
+ \caption{Demographic pyramids for Portugal between 1950 and 2050\cite{1}.}
+ \label{fig:1:demog_pt}
+\end{figure}
+
+With the relocation of young people to the suburbs and the low birth rate, the number of elder people who live home alone is increasing. This situation creates a huge anxiety in all the people involved, resulting many times in early institutionalization in caring homes or other elder care facilities. Also people with physical or mental disabilities present identical caring needs. For example, people with mild mental retardation usually achieve sufficient social and vocational capabilities for minimal self-support. Problems with these people occur because they have trouble getting in/out of bed on time. The lack of overview and planning skills to see that they have to go to bed on time in order to be able to go to work on time the next day.\\
+Creating a system able to monitor people in this situation would allow specialized professionals to dedicate their work to other types of scenarios where a larger dependency would exist freeing costly and rare resources. As wireless sensor technology continues to evolve, devices integrating low-power, low-bandwidth radios and a modest amount of storage emerge with a considerable low cost. With a vast number of existing sensors, ubiquitous applications can emerge as a low cost alternative with huge added value for monitoring people in a home environment, providing a huge symbiosis between man and machine.\\
+This work suggests the development of a system, where one or more persons, carrying a node with wireless capabilities, move around an environment where other wireless sensors exist. The system should be able to identify each individual and allow for communication with a central base station in a bidirectional way.\\
+The rest of this paper is organized in the following manner.\\In Chapter 2 a research about the state-of-the-art solutions is made with reference to systems the employ video, wearable sensors and home appliances sensors to monitor people in a home environment.\\
+Chapter 3 talks about the related work, focusing on elder people needs in healthcare, through a study where interviews were made to \acp{CM}. This chapter also refers to the usage of wireless sensors for tracking and compares routing protocols.\\
+In chapter 4 the work environment for the simulation is presented together with the difficulties in getting a simulator that can achieve a high degree of accuracy while simulating movement, obstacles and wireless sensor networks.\\
+In chapter 5 the \acf{EMoS} is presented together with an evaluation of real hardware options commercially available, capable of implementing the system in real conditions.\\
+Chapter 6 discusses and analyses results from the simulation.\\
+Conclusions and future work are presented in chapter 7.
+
+
+
+
+% \hfill initials
+
+% \hfill Month Day, Year
+
+...
+
+
+
+% An example of a floating figure using the graphicx package.
+% Note that \label must occur AFTER (or within) \caption.
+% For figures, \caption should occur after the \includegraphics.
+% Note that IEEEtran v1.7 and later has special internal code that
+% is designed to preserve the operation of \label within \caption
+% even when the captionsoff option is in effect. However, because
+% of issues like this, it may be the safest practice to put all your
+% \label just after \caption rather than within \caption{}.
+%
+% Reminder: the "draftcls" or "draftclsnofoot", not "draft", class
+% option should be used if it is desired that the figures are to be
+% displayed while in draft mode.
+%
+%\begin{figure}[!t]
+%\centering
+%\includegraphics[width=2.5in]{myfigure}
+% where an .eps filename suffix will be assumed under latex,
+% and a .pdf suffix will be assumed for pdflatex; or what has been declared
+% via \DeclareGraphicsExtensions.
+%\caption{Simulation Results}
+%\label{fig_sim}
+%\end{figure}
+
+% Note that IEEE typically puts floats only at the top, even when this
+% results in a large percentage of a column being occupied by floats.
+
+
+% An example of a double column floating figure using two subfigures.
+% (The subfig.sty package must be loaded for this to work.)
+% The subfigure \label commands are set within each subfloat command, the
+% \label for the overall figure must come after \caption.
+% \hfil must be used as a separator to get equal spacing.
+% The subfigure.sty package works much the same way, except \subfigure is
+% used instead of \subfloat.
+%
+%\begin{figure*}[!t]
+%\centerline{\subfloat[Case I]\includegraphics[width=2.5in]{subfigcase1}%
+%\label{fig_first_case}}
+%\hfil
+%\subfloat[Case II]{\includegraphics[width=2.5in]{subfigcase2}%
+%\label{fig_second_case}}}
+%\caption{Simulation results}
+%\label{fig_sim}
+%\end{figure*}
+%
+% Note that often IEEE papers with subfigures do not employ subfigure
+% captions (using the optional argument to \subfloat), but instead will
+% reference/describe all of them (a), (b), etc., within the main caption.
+
+
+% An example of a floating table. Note that, for IEEE style tables, the
+% \caption command should come BEFORE the table. Table text will default to
+% \footnotesize as IEEE normally uses this smaller font for tables.
+% The \label must come after \caption as always.
+%
+%\begin{table}[!t]
+%% increase table row spacing, adjust to taste
+%\renewcommand{\arraystretch}{1.3}
+% if using array.sty, it might be a good idea to tweak the value of
+% \extrarowheight as needed to properly center the text within the cells
+%\caption{An Example of a Table}
+%\label{table_example}
+%\centering
+%% Some packages, such as MDW tools, offer better commands for making tables
+%% than the plain LaTeX2e tabular which is used here.
+%\begin{tabular}{|c||c|}
+%\hline
+%One & Two\\
+%\hline
+%Three & Four\\
+%\hline
+%\end{tabular}
+%\end{table}
+
+
+% Note that IEEE does not put floats in the very first column - or typically
+% anywhere on the first page for that matter. Also, in-text middle ("here")
+% positioning is not used. Most IEEE journals use top floats exclusively.
+% Note that, LaTeX2e, unlike IEEE journals, places footnotes above bottom
+% floats. This can be corrected via the \fnbelowfloat command of the
% stfloats package.
View
273 0_cfg_misc/r_2_contents.tex
@@ -1,22 +1,251 @@
-\section{The Work}
-
-\subsection{Part One}
-Before implementing ...
-
-%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
-%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
-%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
-
-\subsection{Part Two}
-\label{ssec:part2}
-Since ...
-
-A citation\cite{emv_book3}, just so the bibliography works.
-
-%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
-%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
-%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
-
-\subsection{Part Three}
-\label{sec:part3}
-Taking into account ...
+\section{State Of The Art}
+
+\subsection{Monitoring using Video or Audio}
+\label{chap21}
+Current smart home environments consist of several appliances and other devices, with sensors, actuators and/or biomedical monitors. These systems are used by the residents in a daily basis. In some situations the house is monitored using video and audio technologies, even tho they present some disadvantages like: high costs due to sophisticated equipments and specialized deployment, the need for a large bandwidth or privacy issues.
+Several state-of-the-art solutions were reviewed. In \cite{2} falls are detected. In order to reduce the number of false alarms, the system integrates a \acs{WSN} and a video system. Cameras activated by a wireless sensor tracking mechanism, are able to interpret the video signal and make decisions whether to call an emergency number or not. A voice communication \acs{IEEE} 802.15.4 is also discussed through the usage of state-of-the-art radios capable of transmitting voice.\\
+In \cite{3} and \cite{4} an installed surveillance system is used to infer about the position of a resident. No interaction with the system is needed in order to locate the person. The usage of \textit{Smart Cameras} allows to resolve the privacy issue of data transmission through air, with the possibility of some kind of spoofing existing, which would presents serious security concerns to the user.\\
+\cite{5} deploys another monitoring application in a care home. It refers to the need for more healthcare professionals and the small amount of time that each one of them has available for each elder. The volume of biomedical data gathered can improve the way that the case manager follows it's dependent.\\
+\cite{6} refers to the term \textit{aging in place} which represent a movement where elders live in an independent and safe manner in their own homes. Monitoring of falls but also utilitarian functionalities are implemented such as object detection, calendar, video-conference and address book.\cite{7} uses video and audio to correctly deduce if a fall has happen.
+%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
+%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
+%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
+
+\subsection{Monitoring using Wearable Sensors}
+\label{chap22}
+The reduction in size of wireless sensors is bringing to the market solutions that can track a person's health, independently of his location or activity. The possibility of smart clothes with built-in sensors sufficiently small and light to be carried without any discomfort, enable the mass usage of such equipments in a medium term.
+In \cite{8} the \acf{BSN} is addressed, as a solution to early detect heart problems with sensors capable of measuring temperature, acceleration or building an electrocardiogram, connected to a central coordinator node using Bluetooth (Figure \ref{fig:4:bsn}).
+\cite{9} discusses the the need for three types of priorities for messages in a \acs{WBAN}: \textit{On-demand} requested by a doctor or physician in order to monitor the patient vital signs, \textit{Emergency} initiated by the sensors when some critical threshold has been exceeded and \textit{Normal} with the lowest priority.In \cite{10} it is discussed the problems that arise from the usage of Zigbee in a crowed \acs{WLAN} environment. An algorithm is suggested to solve this issue in which the Zigbee forces an \acs{AP} to leave from an occupied frequency.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=0.30\textwidth]{img/02_body_sensor_network.png}
+ \caption{Example of a Body Sensor Network (BSN)\cite{8}.}
+ \label{fig:4:bsn}
+\end{figure}
+
+\cite{11} suggests the integration of several networks into one integrated platform able to track a person in the interior or exterior enabling all the case managers to be constantly aware of their patient. The same paper also refers the need to develop sensors that don't present any discomfort to theirs users, since that might be a very strong reason for not wearing sensors during a long period of time.
+
+%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
+%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
+%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
+
+\subsection{Monitoring using domestic sensors}
+\label{chap23}
+In this type of monitoring, information is gathered anonymously, using sensors with very minimal computational capabilities. Proximity sensors or sensors installed in home appliances are accessed in order to understand if the person is at home or has passed through a certain corridor. This type of monitoring has less granularity which can be a problem if more information is needed.\cite{13} uses pressure sensors to help Alzheimer's patients reaching their destination inside house through the use of TV screens. \textit{MediaCup} is introduced in \cite{12} as fully ubiquous device. With a battery capable of charging using an electromagnetic field, the \textit{MediaCup} is fully hidden from user and coupled with a few sensors that can track, for instance, movement or acceleration (
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=0.40\textwidth]{img/02_mediacup.png}
+ \caption{\textit{Mediacup}\cite{12} network infrastructure with IR, LAN and CAN.}
+ \label{fig:6:mediacup}
+\end{figure}
+
+A lot of research has been done focusing falls, vital signs tracking and ubiquous computing. The recent development in \acp{BSN}s has brought to the scene new sensors and new concepts that can even be used for entertainment. Also the need for unobtrusive equipments and the lack of privacy of devices that get too much information, like cameras is a problem to be discussed.
+
+\section{Related Work}
+
+\subsection{Elder Home Monitoring}
+\label{chap31}
+In study named \``The Activities of Daily Living Study''\ presented at \cite{16} several questionnaires are delivered to \acfp{CM} ( professionals that give assistance to elder people living at home). This study refers to the existence of a group of \acfp{ADL} which \acp{CM} keep track. These include getting up in the morning, dressing or feeding. Through these \acp{ADL} healthcare professionals are able to keep track of their elders mental and physical state. This study also sets some of the most valuable features which a monitoring system can present to elders. Features like panic buttons and security improvement measures seem to have success while others like cameras don't seem as accepted.\\
+The study also enumerates the some of the main needs in monitoring elder people in-home. Location tracking to know if the elder got up of his bed, better scheduling of visits the \acs{CM} being able to know if the elder is at home, house occupancy to understand the elder need for companionship.
+
+\subsection{Position tracking for Wireless Sensor Networks}
+\label{chap32}
+Several types of metrics allow for an inference of position. \acf{TOA}, \acf{TDOA}, \acf{RSS}, \acf{POA} and \acf{AOA}. \acs{TOA} and \acs{TDOA} are time based metrics and need expensive hardware and also constant synchronization between nodes. \acs{AOA} and \acs{POA} are angle and phase metrics in-home tracking is difficult due to shadowing and fading effects.\acs{RSS} is received power based. The number of distinct systems for location tracking is quite large, so the need to make choices at this stage arises.\\
+The chosen system should be for a medium area using \acs{RF} due to the fact that some places in a home don't have line of sight, should use the received signal power \acs{RSSI}, should use a lookup table since that a model for the signal propagation inside a house is difficult to attain and varies from house to house and with position tracking centralized due to the computation constraints needed for accurate position tracking. Several algorithms that fit these characteristics were found. Namely two deterministic, RADAR \cite{28} with a 50\% 2.94 m precision and MoteTrack \cite{29} with a 50\% 2 m precision and one probabilistic, the HORUS \cite{31} which uses density probability functions to choose a position. All of these have offline moments, when a radio map is collected. In the online phase the information gathered in a radio map is then used to infer the position from a live sample.
+
+
+\subsection{Routing protocols for Wireless Sensor Networks}
+\label{chap33}
+Several types of routing protocols exist for \acp{WSN}. They are divided in three main types: flat-routing, hierarchical-routing and location-based routing. In flat-routing all the nodes have the same capabilities and functionality. Existing protocols like the \acf{SPIN} \cite{20}, \acf{DD} \cite{21} and \acf{AODV} \cite{22} are all flat-routing. All of them do some kind of sensing to the network before actually sending a message.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=0.39\textwidth]{img/03_spin.png}
+ \caption{SPIN protocol example \cite{20}.}
+ \label{fig:1:spin}
+\end{figure}
+
+\acs{SPIN} (Figure \ref{fig:1:spin}) implements the use of three types of messages: ADV (\textit{advertisment}), REQ (\textit{request} e DATA. Node A wants to send a message for one of the nodes connected to B, so it sends an ADV to B (a). B is ready to receive and sends back to A a REQ (b). A receives it and sends DATA to B (c). B continues the process to send the message to it's coordinated nodes.
+\acs{DD} uses gradients to find the best path and \acs{AODV} uses also a set of messages that allows it to find the best suitable path.\\
+\acf{LEACH}\cite{24} and \acf{PEGASIS}\cite{25} are both hierarchical protocols and use the clusters concept to reduce the number of nodes that communicate with a base station. In \cite{26} \acf{GEAR} is presented as location-based protocol it's used in large deploy areas where the need for messages location sending is needed.
+
+\section{Work Environment}
+
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=0.35\textwidth]{img/04_framework_overview.png}
+ \caption{Modular overview of the work environment.}
+ \label{fig:1:frameworkOverview}
+\end{figure}
+Due to economical reasons the work presented in this paper was implemented using a simulated environment. The need to find a solution that would present close to real values and close to real behaviours, brought to line \acf{OMNeT++}\cite{33}, the base framework and \acf{MiXiM}\cite{34}, a framework for \acs{OMNeT++} with mobility, channel and wireless sensors simulation great capabilities. Some of the reasons that make OMNeT++ the most obvious choice are: the modular hierarchical design, which can be combined for reuse and flexibility, the Object Oriented approach, the C++ internal structure, \acf{NED} language for module building and a auto-animated environment. \acs{MiXiM} in turn provides a complex channel losses model, which for indoor environments allow us to achieve close to real values and several \acs{MAC} and \acs{NIC} models for the \acs{IEEE} 802.15.4. Finally the simulation of obstacles was obtained using a \acs{MiXiM} modification \cite{35} that implements a simple obstacle model given by:
+\begin{equation}
+ L_{obs}[dB] = \beta{n} + \gamma{d_m}
+\end{equation}
+with attenuation per meter \begin{math}\beta{n}\end{math} and attenuation per wall \begin{math}\gamma{d_m}\end{math} configurable using a XML file.
+
+In this work the following values were used:
+
+\begin{table}[!htb]
+ \centering
+\begin{tabular}{ |c|c|c|}
+ \hline
+ Profundidade(cm) & \begin{math}\beta{}\end{math}(dBm) & \begin{math}\gamma{}\end{math}(m)\\
+ \hline
+ 20 & 106.3 & 0 \\
+ 10 & 26.575 & 0 \\
+ \hline
+\end{tabular}
+ \caption{}
+ \label{tab:1:attenuationValues}
+\end{table}
+
+\section{System Architecture}
+
+\subsection{Elder Monitoring System {EMoS}}
+\begin{figure}[!htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=0.47\textwidth]{img/05_emos_overview.png}
+ \caption{Model structure of the \textit{Elder Monitorization System} (EMoS).}
+ \label{fig:1:emosOverview}
+\end{figure}
+\acs{EMoS} is comprised of three types of nodes: \acf{SN}, \acf{MN} and \acf{BN}. These nodes all have distinct roles in the network.\\ The MN is a sensor equipped with two radios, one IEEE 802.15.4 and another Bluetooth for connection with a BSN. It can be installed in a walker or a wheelchair. It has the ability to communicate with all the other nodes in the WSN and to record static node signatures for localization tracking.\\
+The SN is a sensor equipped with one radio IEEE 802.15.4 capable of sending messages when connected to a stove or a bed pressure sensor and establishing communication with all the other nodes in the WSN. All static nodes are connected to the power network and don't need any batteries.\\
+The BN is a USB IEEE 802.15.4 gateway and is connected to a PC. It has the largest computational capability in the network. It is responsible for coordinating all the WSN, communications with the exterior and tracking all the mobile nodes detected.
+
+All nodes share the same CSMA MAC layer and have an AODV custom build for this simulation Network Layer. The application layer differs accordingly to the node role.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=0.40\textwidth]{img/05_emos_node_internal.png}
+ \caption{Internal structure of a EMoS node.}
+ \label{fig:2:emonsNodeInternal}
+\end{figure}
+
+Two types of radios exist in the simulation: the \textit{Texas Instruments CC 2420} and the \textit{Digi XBee}, with the following parameters, which are used to configure the NIC in each node:
+
+\begin{table}[!htb]
+ \centering
+\begin{tabular}{ |l|r|}
+ \hline
+ Parâmetro & Valor \\
+ \hline
+ Modulation & O-QPSK \\
+ Receiver Sensitivity & -92 dbM \\
+ Transmit Power & 1mW \\
+ Sleep Current & <10 uA \\
+ Current Consumption RX & 50 mA \\
+ Current Consumption TX (P=0dBm) & 45 mA \\
+ \hline
+\end{tabular}
+ \caption{Radio \textit{Digi XBee}.}
+ \label{tab:1:xbeeNICParameters}
+\end{table}
+
+\begin{table}[!htb]
+ \centering
+\begin{tabular}{ |l|r|}
+ \hline
+ Parâmetro & Valor \\
+ \hline
+ Modulation & O-QPSK \\
+ Receiver Sensitivity & -95 dBm \\
+ Transmit Power & 1.1mW \\
+ Sleep Current & 0.02 uA \\
+ Current Consumption RX & 18.8 mA \\
+ Current Consumption TX (P=0dBm) & 17.4 mA \\
+ \hline
+\end{tabular}
+ \caption{Radio \textit{Texas Instruments CC2420}.}
+ \label{tab:2:CC2420NICParameters}
+\end{table}
+
+
+\subsection{Network Layer}
+The network layer is common to all nodes in the network. It has been implemented with an \acf{AODV} routing protocol which uses three types of messages for establishing the routes: \acf{RREQ}, \acf{RREP} and \acf{RERR}.\\ When a node A wants to communicate with a node B it sends the package from the application layer to the network layer. After arriving the node checks if there is a path to node B. If there isn't sends a RREQ in broadcast mode to all the nodes. Each node knows if it has already forwarded a RREQ so that the same RREQ can only be sent by each node one single time. Each node the RREQ passes creates a reverse route to the node A. When it reaches the destination, B sends a RREP through the reverse path created in unicast mode. As the RREP transverses the reverse path a forward path to node B is created. When node A receives the RREP it gets the waiting packet and sends it to the B trough the new path found.\\
+Finally, when a message cannot be delivered the node that detected the route failure sends a RERR to all the route precursors (nodes that used the route before). This information removes the route and makes node A to send a RREQ again.\\
+In EMoS this schema was implemented fully and only the local-repair function was left out.
+
+\subsection{Application Layer}
+\begin{figure}[!htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=0.48\textwidth]{img/05_horus_mod.png}
+ \caption{Modified HORUS modules.}
+ \label{fig:17:horusMod}
+\end{figure}
+Although each node is capable of sending messages from the application layer, the most important feature, is the position tracking which will be the referred in this paper.
+
+The position tracking in EMoS is made using a modified versions of HORUS\cite{31}. It is a probabilistic method that uses probabilistic density functions in it's parametrized form, to calculate the probability of a mobile node being in a certain position. The HORUS has two phases. An offline phase where a radio map is built and a online phase where the built radio map is used to infer the position of the mobile node.\\
+In the offline phase MN is in calibration mode what means that it will capture all the static nodes signatures till a position change occurs. In this process it stores in a \textit{Raw} database all the signatures collected.The data is then transformed in radio ma positions in which for each position and each node the mean and standard deviation is found using the following equations:
+
+\begin{equation}
+\mu{} = \frac{1}{n}\sum_{j=1}^{n} s_i(j)\
+\label{eq2}\
+\end{equation}
+
+\begin{equation}
+\sigma{} = \sqrt{\frac{1}{n}\sum_{j=1}^{n}(s_i(j)-\mu{})^2}
+\label{eq3}
+\end{equation}
+
+These two values are used in the normal probability density function:
+
+ \begin{equation}
+pdf(q) = \frac{1}{\sigma{}\sqrt{2\pi{}}}e^\frac{-(q-\mu)^2}{2\sigma{}^2}
+\label{eq1}
+\end{equation}
+
+So for each position a set of static nodes addresses are stored together with their respective mean and standard deviation. This results in a normal distribution for each node in each position. The parametrization of the distribution allows for a filtering of erroneous values and existence of values for all the signal strength range.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=0.48\textwidth]{img/05_horus_normal.png}
+ \caption{Parametrized probability density function \cite{31}.}
+ \label{fig:23:horusNormal}
+\end{figure}
+
+In EMoS this information is stored in a XML file. After this computation the result is sent to the Clustering model which divides all the positions in clusters. The division is made using the position key determined by the 2 largest signal strength value nodes.
+
+In the online phase the MN collects all the signatures during a certain amount of time. When that time is over it calculates the mean signal strength for each static node received and sends the result to the closest SN.
+
+The SN in turn sends to the BN (Base Node). Note that if no route is available the network layer will find one using AODV. When the message with the static nodes samples arrives to the BN it will be used to infer the MN position. This will be made using firstly a discrete-space estimator and afterwords a continuous-space estimator. The discrete-space estimator can only determine a position available in the radio map while the continuous-space estimator allows all the other points.
+
+All correlations modules are simple mean operations.
+
+Therefore when the message arrives to the discrete-space estimator it's joint probability is calculated as:
+
+\begin{equation}
+P = \prod_{j=1}^{n} P_i
+\end{equation}
+
+where \begin{math}P_i\end{math} is:
+
+\begin{equation}
+P(s_i<=0.5) = P(Z<=\frac{s_i+0.5-\mu{}}{\sigma{}_i})
+\end{equation}
+
+The position with the largest probability wins and is considered the position where the mobile node is. But, because the discrete-space estimator only allows the positions stored in the radio map it is necessary to use the continuous-space estimator to improve the accuracy of the estimated value.
+
+Two techniques are applied: Center of mass of the positions and Time-averaging in the physical space.
+
+The first uses the other smaller probabilities calculated to triangulate a new position, using the following equations:
+
+\begin{equation}
+x = \frac{\sum_{j=1}^{min(N,P)} x_iP_i}{\sum{}P_i}
+\end{equation}
+\begin{equation}
+y = \frac{\sum_{j=1}^{min(N,P)} y_iP_i}{\sum{}P_i}
+\end{equation}
+
+The second uses previous stored estimated positions to get a mean value of the new position:
+
+\begin{equation}
+x = \frac{\sum_{j=1}^{K} x_i}{K}
+\end{equation}
+\begin{equation}
+y = \frac{\sum_{j=1}^{K} y_i}{K}
+\end{equation}
+
+This makes a reasonable approach to the real positions. HORUS authors affirm to get 0.86 m in 90\% of the cases in a real test-bed.
View
60 0_cfg_misc/r_3_conclusion.tex
@@ -1,26 +1,36 @@
-
-\section{Conclusion}
-This paper presented ...
-
-% if have a single appendix:
-%\appendix[Proof of the Zonklar Equations]
-% or
-%\appendix % for no appendix heading
-% do not use \section anymore after \appendix, only \section*
-% is possibly needed
-
-% use appendices with more than one appendix
-% then use \section to start each appendix
-% you must declare a \section before using any
-% \subsection or using \label (\appendices by itself
-% starts a section numbered zero.)
-%
-
-%\appendices
-%\section{Proof of the First Zonklar Equation}
-%Appendix one text goes here.
-
-% you can choose not to have a title for an appendix
-% if you want by leaving the argument blank
-%\section{}
+
+\section{Conclusion}
+In order to get a simulation the closest to reality, it was necessary during the course of this thesis, to find solution that would me limited to simulating isolated aspects of the problem, but all the complete set of functionalities that would allow for a close to real simulation.
+
+A big part of this problem was solved by finding MiXiM, but the lack of a good routing protocol and node tracking system, made it clear that it was necessary to find such a solution.
+
+This thesis allowed the development of a fully integrated system, called EMoS that would allow further work and resolve the issues that arose.
+
+In the future a better solution for the tracking system can be found, removing the need for an offline process, which would be very time consuming in real conditions.
+
+Another possibility is the implementation in the node of parallel stack of layers that would allow the same node to communicate with a bluetooh network, extending the simulation to a BSN network simulating biologic events like heartbeat or blood pressure.
+
+The improvement of the obstacles model could also be achieved in order to get better simulation parameters.
+
+% if have a single appendix:
+%\appendix[Proof of the Zonklar Equations]
+% or
+%\appendix % for no appendix heading
+% do not use \section anymore after \appendix, only \section*
+% is possibly needed
+
+% use appendices with more than one appendix
+% then use \section to start each appendix
+% you must declare a \section before using any
+% \subsection or using \label (\appendices by itself
+% starts a section numbered zero.)
+%
+
+%\appendices
+%\section{Proof of the First Zonklar Equation}
+%Appendix one text goes here.
+
+% you can choose not to have a title for an appendix
+% if you want by leaving the argument blank
+%\section{}
%Appendix two text goes here.
View
6 1_capa-resumo-indice/3_resumo_abstract.tex
@@ -1,9 +1,9 @@
\begin{resumo}
-O 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.
\end{resumo}
\begin{palavraschave}
-Até seis, palavras, chave.
+Redes de Sensores, Pessoas Idosas, Protocolos de Encaminhamento, Localização, MiXiM
\end{palavraschave}
\clearpage
@@ -13,7 +13,7 @@
\input{0_cfg_misc/1_abstract}
\begin{keywords}
-Up to, six, keywords.
+Sensor Networks, Elder Care, Routing Protocols, Indoor Location, MiXiM
\end{keywords}
\clearpage
View
44 2_texto_principal/1_intro.tex
@@ -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 em internamentos precoces 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 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
@@ -20,8 +20,7 @@ \section{Motiva
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 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.
-
+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.
\section{Objectivos}
\label{chap:1:sec:2}
@@ -37,27 +36,28 @@ \section{Objectivos}
\item Simular casos de estudo que permitam validar o protocolo de encaminhamento e de localização implementados.
\end{itemize}
+Esta dissertação apresenta as seguintes contribuições:
-\section{Principais Contribuições}
-\label{chap:1:sec:3}
-%TODO
-\textcolor{red}{TODO: escrever no fim}
+\begin{itemize}
+\item Propõe um sistema de monitorização de pessoas idosas simulado;
+\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};
+\end{itemize}
\section{Organização da Dissertação}
-\label{chap:1:sec:4}
-%TODO
-\textcolor{red}{TODO: escrever no fim}
-%Esta dissertação encontra-se organizada nos seguintes seis capítulos:
-%\begin{enumerate}
-% \item \nameref{capítulo:introdução}
-% \item \nameref{chap:ea}
-% \item \nameref{chap:conclusoes}
-%\end{enumerate}
-%
-%O \autoref{capítulo:introdução} inclui a introdução ao projecto, assim como os seus objectivos, contribuições do trabalho desenvolvido e a presente explicação da organização da dissertação.
-%
-%O \autoref{chap:ea} ...
-%
-%Finalmente, no \autoref{chap:conclusoes} são tiradas as conclusões do trabalho efectuado, fazendo-se também referências ao trabalho futuro que pode ser feito sobre o apresentado nesta dissertação.
+\label{chap:1:sec:3}
+
+No \autoref{chap:1} é apresentada uma pequena introdução, referindo a motivação para o tema, bem como objectivos propostos e contribuições.
+
+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: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:7} faz-se a conclusão deste trabalho e lançam-se algumas ideias trabalho futuro.
\cleardoublepage
View
16 2_texto_principal/2_state_of_the_art.tex
@@ -43,7 +43,7 @@ \section{Monitoriza
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.
-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 memória necessárias. A detecção de objectos é feita verificando mudanças na imagem ou procurando objectos de acordo com as suas características.
+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.
\begin{figure}[!htb]
\centering
@@ -96,7 +96,7 @@ \section{Monitoriza
\label{tab:1:sensor_apps}
\end{table}
-No trabalho \cite{10} é analisada a coexistência entre \acfp{WLAN} e \textit{ZigBee} que operam na mesma frequência de 2.4GHz. A problemática de um número elevado de módulos \acs{WLAN}, com potência de transmissão mais elevada, impossibilitar a comunicação entre módulos \textit{ZigBee} é abordada. É sugerida como solução a implementação de um algoritmo implementado na \acf{WSN} que força a que, quando não existem frequências disponíveis, a \acs{WLAN} seja obrigada a abandonar o canal deixando assim espaço para o sistema \textit{ZigBee} comunicar.
+No trabalho \cite{10} é analisada a coexistência entre \acfp{WLAN} e \textit{ZigBee} que operam na mesma frequência de 2.4GHz. A problemática de um número elevado de módulos \acs{WLAN}, com potência de transmissão mais elevada, impossibilita a comunicação entre módulos \textit{ZigBee}. É sugerida como solução a implementação de um algoritmo implementado na \acf{WSN} que força a que, quando não existem frequências disponíveis, a \acs{WLAN} seja obrigada a abandonar o canal deixando assim espaço para o sistema \textit{ZigBee} comunicar.
\cite{11} propõe um projecto que integra tecnologias \acs{WSN} com redes públicas de comunicação por forma a construir um sistema eficiente de cuidados de saúde para idosos em casa. O sistema apresenta quatro funcionalidades principais: monitorização interior, monitorização exterior, actividade e decisão com base no estado de saúde. É feita a medição e colecção de parâmetros do corpo e da casa e enviada para um servidor central através de várias redes disponíveis.
@@ -120,7 +120,7 @@ \section{Monitoriza
\item Sensores de corrente;
\end{itemize}
-No artigo \cite{15} aborda-se a prestação de cuidados de saúde aos idosos num complexo construído pela \textit{Elite Care}\footnote{http://www. elite-care.com}.Com o objectivo de dar maior autonomia aos residentes são criados ambientes personalizados de sensores. O sistema permite identificar residentes que precisam de cuidados imediatos ou iluminar o caminho para um residente que se vá durante a noite à casa-de-banho. A informação monitorizada neste sistema pertence a três categorias: sinais vitais, sinais de entrada/saída e movimento. Na Tabela \ref{tab:2:pervasiveness}, a partir de um estudo feito com questionários feitos aos residentes é obtido o grau de intrusão de cada uma das tecnologias implementadas.
+No artigo \cite{15} aborda-se a prestação de cuidados de saúde aos idosos num complexo construído pela \textit{Elite Care}\footnote{http://www. elite-care.com}.Com o objectivo de dar maior autonomia aos residentes são criados ambientes personalizados de sensores. O sistema permite identificar residentes que precisam de cuidados imediatos ou iluminar o caminho para um residente que vá durante à noite à casa-de-banho. Na Tabela \ref{tab:2:pervasiveness}, a partir de um estudo feito com questionários feitos aos residentes é obtido o grau de intrusão de cada uma das tecnologias implementadas.
\begin{table}[!htb]
\centering
@@ -129,11 +129,11 @@ \section{Monitoriza
\label{tab:2:pervasiveness}
\end{table}
-\cite{13} usa sensores de pressão para localização. É referida, a título de exemplo, a aplicação do sistema a uma pessoa com doença de Alzheimer num estádio médio e cuja detecção do movimento permite activar ecrãs que se ligam quando a pessoa se aproxima e indicam as opções de percurso na casa. Os melhores sensores conseguem identificar a posição e direcção do utilizador, no entanto a \$10800 por metro quadrado não é uma alternativa viável. No projecto são usados os \textit{Phidgets} 1.5 polegadas que para 32.5 metros quadrados custa \$4000. Sendo o custo uma desvantagem evidente são propostas alternativas, como por exemplo a redução de sensores às zonas previsíveis de passagem ou a utilização de modelos de previsão que preencham as secções sem sensores.
+\cite{13} usa sensores de pressão para localização. É referida, a título de exemplo, a aplicação do sistema a uma pessoa com doença de Alzheimer num estádio médio e cuja detecção do movimento permite activar ecrãs que se ligam quando a pessoa se aproxima e indicam as opções de percurso na casa. Os melhores sensores conseguem identificar a posição e direcção do utilizador, no entanto a \$10800 por metro quadrado não é uma alternativa viável. No projecto são usados os \textit{Phidgets} 1.5 polegadas que para 32.5 metros quadrados custa \$4000. Sendo o custo uma desvantagem evidente, são propostas alternativas, por exemplo a redução de sensores às zonas previsíveis de passagem ou a utilização de modelos de previsão que preencham as secções sem sensores.
-Em \cite{14} é abordado o \textit{PlaceLab}. Situado em Cambrige é um laboratório vivo para estudo das tecnologias ubíquas. Está optimizado para moradias 1 habitantes. Foram criadas para este laboratório 15 divisões e em cada foram colocadas redes de 25 a 30 sensores.
+Em \cite{14} é abordado o \textit{PlaceLab}. Situado em Cambrige é um laboratório vivo para estudo das tecnologias ubíquas. Está optimizado para moradias unipessoais. Foram criadas para este laboratório 15 divisões e em cada foram colocadas redes de 25 a 30 sensores.
-O projecto \textit{Mediacup} \cite{12} faz uma análise da adaptação de sensores, processamento e comunicação a dispositivos domésticos. Neste artigo uma caneca é adaptada com sensores de movimento e temperatura e ligada em rede com diversos outros dispositivos. Num cenário completo, todos os objectos de uso diário numa casa poderiam ser adaptados. É usado um processador de 1MHz para redução do consumo energético e o carregamento feito usando um campo electromagnético instalado num pires. É utilizada a tecnologia \acf{IR} para a comunicação, através de mensagens, com transdutores que usam uma arquitectura \acf{CAN} integrada por sua vez com uma \acs{LAN} (Figura \ref{fig:6:mediacup})
+O projecto \textit{Mediacup} \cite{12} faz uma análise da adaptação de sensores, processamento e comunicação a dispositivos domésticos. Neste artigo uma caneca é adaptada com sensores de movimento e temperatura e ligada em rede com diversos outros dispositivos. Num cenário completo, todos os objectos de uso diário numa casa poderiam ser adaptados. É usado um processador de 1MHz para redução do consumo energético sendo o carregamento feito através de um campo electromagnético instalado num pires. É utilizada a tecnologia \acf{IR} para a comunicação, através de mensagens, com transdutores que usam uma arquitectura \acf{CAN} integrada por sua vez com uma \acs{LAN} (Figura \ref{fig:6:mediacup})
\begin{figure}[!htb]
\centering
@@ -148,9 +148,9 @@ \section{Discuss
O rápido crescimento das redes \acs{BSN} e a diversidade de sensores existentes, tornam a integração das mesmas como uma rede \acs{WSN} muito aliciante, traduzindo um valor acrescido na monitorização de pessoas, pela possibilidade de detectar situações anómalas antes de qualquer sinal evidente da mesma.
-O grande foco nas quedas de idosos, encontrado em diversos trabalhos permite antever a necessidade de incluir num sistema de monitorização, sensores com câmaras embutidas, pese embora todas as questões de privacidade associadas.
+O grande foco nas quedas de idosos, encontrado em diversos trabalhos permite antever a necessidade de incluir num sistema de monitorização, sensores com câmaras embutidas, pese embora todas as questões de privacidade e custos associadas.
-A abordagem pouco intrusiva dos sensores menos evoluídos tecnologicamente e que permitem monitorizar sem ultrapassar as barreiras da privacidade. Pequenas melhorias nos sensores comuns que podem melhorar significativamente a qualidade de vida dos idos.
+A utilização de sensores de uso doméstico comuns e tecnologicamente menos evoluídos, para uma monitorização não-intrusiva é também uma possibilidade a explorar.
Por último a possibilidade de tornar os sensores parte integrante dos objectos do dia-a-dia, revela a necessidade de tornar as aplicações mais ubíquas mesmo que para isso seja necessário fazer algumas concessões ao nível dos custos.
View
28 2_texto_principal/3_related_work.tex
@@ -11,9 +11,11 @@ \section{Monitoriza
\subsection{Necessidades nos Cuidados de Saúde}
\label{chap:3:sec:1.1}
-No estudo intitulado \textit{``The Activities of Daily Living Study''} em \cite{16} são examinados questionários (91) feitos a profissionais de saúde que prestam cuidados de monitorização ao domicílio. Pretende-se determinar a forma como a tecnologia pode ajudar pessoas idosas a envelhecer em casa, tendo em conta os profissionais de saúde, a necessidade de autonomia do idoso e as necessidades da família e amigos.
+No estudo intitulado \textit{``The Activities of Daily Living Study''} em \cite{16} são examinados questionários (91) feitos a profissionais de saúde que prestam cuidados de monitorização ao domicílio. Pretende-se determinar a forma como a tecnologia pode ajudar pessoas idosas a envelhecer em casa com a colaboração dos profissionais de saúde, a necessidade de autonomia do idoso e as necessidades da família e amigos.
-Designam-se \acfp{CM} aos profissionais de saúde que prestam cuidados ao domicílio (ex:enfermeiros,médicos). Os \acsp{CM} interagem de forma activa com as pessoas idosas presencialmente ou por telefone. Avaliam a habilidade do idoso e a sua predisposição para a introdução de novos equipamentos. Uma parte significativa da monitorização do \acsp{CM} são as chamadas \acfp{ADL}, uma lista de actividades que permite medir a função cognitiva e física do idoso (Tabela \ref{tab:1:adls}).
+Designam-se \acfp{CM} aos profissionais de saúde que prestam cuidados ao domicílio (ex:enfermeiros,médicos). Os \acsp{CM} interagem de forma activa com as pessoas idosas, presencialmente ou por telefone.
+
+Uma parte significativa da monitorização do \acsp{CM} são as chamadas \acfp{ADL}, uma lista de actividades que permite medir a função cognitiva e física do idoso (Tabela \ref{tab:1:adls}).
\begin{table}[!htb]
\centering
@@ -77,7 +79,7 @@ \subsection{Necessidades na Monitoriza
\section{Localização em Redes de Sensores Wireless}
\label{chap:3:sec:2}
-A chave para obter uma localização fiável é representar de forma precisa os efeitos da degradação causada pelo canal de propagação no sinal. A propagação no mundo real sofre diversas perturbações causadas por obstruções, reflexões e pessoas ou objectos em movimento, o que torna esta representação um problema de elevada complexidade. Nesta secção enumeram-se o tipo de medições que permitem inferir uma localização e analisa-se bibliografia relacionada com o objectivo identificar algoritmos de localização distintos, as suas vantagens e desvantagens na aplicação ao objecto deste trabalho.
+A chave para obter uma localização fiável é representar de forma precisa os efeitos da degradação causada pelo canal de propagação no sinal. A propagação no mundo real sofre diversas perturbações causadas por obstruções, reflexões e pessoas ou objectos em movimento, o que torna esta representação um problema de elevada complexidade. Nesta secção enumeram-se os tipos de medições que permitem inferir uma localização e analisa-se bibliografia relacionada com o objectivo de identificar algoritmos de localização distintos, as suas vantagens e desvantagens na aplicação ao objecto deste trabalho.
\subsection{Medidas de Localização}
\label{chap:3:sec:2.1}
@@ -130,18 +132,18 @@ \subsection{Sistemas de Localiza
Feitas algumas opções são analisados alguns trabalhos que se enquadram nas características escolhidas.
-O RADAR \cite{28}, é um método determinístico onde é feita a localização recorrendo a diversas \acfp{BS} numa \acs{WLAN}, apresenta segundo os autores uma precisão de 2.94 m em 50\% dos casos. Este esquema de localização usa a potência do sinal \acs{RF} de vários \acfp{AP} para triangular a posição do nó móvel. Tem uma fase \textit{offline} onde é construído um mapa rádio do local, em que o nó móvel envia pacotes (\textit{beacons}) para os nós fixos que registam cada amostra, sendo o conjunto de amostras reunido numa tabela com tuplos da forma \begin{math}(x,y,d,ss_i,snr_i)\end{math} para cada \begin{math}BS_i\end{math}.Posteriormente na fase \textit{online} é feita uma comparação entre os sinais recebidos e o mapa rádio que permite obter a coordenada mais próxima para a potência registada. Através do centróide das várias posições obtidas para cada {AP} obtém-se então a coordenada estimada do nó móvel.
+O RADAR \cite{28}, é um método determinístico onde é feita a localização recorrendo a diversas \acfp{BS} numa \acs{WLAN} e apresenta segundo os autores uma precisão de 2.94 m em 50\% dos casos. Este esquema de localização usa a potência do sinal \acs{RF} de vários \acfp{AP} para triangular a posição do nó móvel. Tem uma fase \textit{offline} onde é construído um mapa rádio do local, em que o nó móvel envia pacotes (\textit{beacons}) para os nós fixos que registam cada amostra, sendo o conjunto de amostras reunido numa tabela com tuplos da forma \begin{math}(x,y,d,ss_i,snr_i)\end{math} para cada \begin{math}BS_i\end{math}.Posteriormente na fase \textit{online} é feita uma comparação entre os sinais recebidos e o mapa rádio que permite obter a coordenada mais próxima para a potência registada. Através do centróide das várias posições obtidas para cada {AP} obtém-se então a coordenada estimada do nó móvel.
-Em \cite{29} temos o MoteTrack que, com base no trabalho RADAR, sugere um esquema para uma rede de sensores wireless. É indicada uma precisão de 2m em 50\% dos casos e de 3m em 80\% dos casos.Este sistema de localização foca a robustez, a distribuição do algoritmo e a precisão da localização. Na Figura \ref{fig:4:motetrack} podemos observar o sistema MoteTrack. \textit{B1}, \textit{B2} e \textit{B3} são nós fixos e \textit{M} um nó móvel. Na fase \textit{offline} é feita uma recolha pelo nó móvel, para cada posição, de várias mensagens assinatura enviadas pelos nós fixos \begin{math}B_i\end{math} dando origem a uma tabela de tuplos \begin{math}(x,y,B_i,P_i,RSSImedio)\end{math} que constitui o mapa rádio. Na fase \textit{online} o nó móvel recebe a assinatura do nó fixo e volta a enviar essa informação para o nó fixo para que este determine posição com base nas amostras que detém. Cada nó fixo devolve a sua estimativa para o nó móvel que calcula o centróide das diversas posições recebidas.
+Em \cite{29} temos o MoteTrack que, com base no trabalho RADAR, sugere um esquema para uma rede de sensores wireless. É indicada uma precisão de 2m em 50\% dos casos e de 3m em 80\% dos casos.Este sistema de localização foca a robustez, a distribuição do algoritmo e a precisão da localização. Na Figura \ref{fig:4:motetrack} podemos observar o sistema MoteTrack. \textit{B1}, \textit{B2} e \textit{B3} são nós fixos e \textit{M} um nó móvel. Na fase \textit{offline}, para cada posição, é feita uma recolha pelo nó móvel de várias mensagens assinatura enviadas pelos nós fixos \begin{math}B_i\end{math}, dando origem a uma tabela de tuplos \begin{math}(x,y,B_i,P_i,RSSImedio)\end{math} que constitui o mapa rádio. Na fase \textit{online} o nó móvel recebe a assinatura do nó fixo durante um determinado tempo de amostragem. Após esse tempo devolve o resultado para o nó fixo de modo a que este determine posição com base nas amostras que detém. Cada nó fixo devolve a sua estimativa para o nó móvel que calcula o centróide das diversas posições recebidas.
\begin{figure}[!htb]
\centering
- \includegraphics[width=0.9\textwidth]{img/03_motetrack.png}
+ \includegraphics[width=1\textwidth]{img/03_motetrack.png}
\caption{Sistema de localização MoteTrack \cite{29}.}
\label{fig:4:motetrack}
\end{figure}
-O HORUS \cite{31},um método probabilístico, apresenta uma precisão de 0.86 a 1.32m para 90\% dos casos. Num método probabilístico é guardada informação sobre as distribuições da potência do sinal em vez da média como num método determinístico. O objectivo do HORUS é atingir um alto nível de precisão e baixas necessidades de processamento. Usa, à semelhança do MoteTrack técnicas de \textit{clustering} para reduzir o espaço de procura quando tenta obter uma posição a partir do mapa rádio. O sistema é constituído também por uma fase \textit{offline} onde é feita a construção de um mapa rádio que é depois divido em \textit{clusters}. Na fase \textit{online} é feito no nó móvel o cálculo da posição recorrendo a várias filtros, que vão passo a passo melhorando a precisão da localização.
+O HORUS \cite{31},um método probabilístico, apresenta uma precisão de 0.86 a 1.32m para 90\% dos casos. Num método probabilístico é guardada informação sobre as distribuições da potência do sinal em vez da média como num método determinístico. O objectivo do HORUS é atingir um alto nível de precisão e baixas necessidades de processamento. À semelhança do MoteTrack, este método usa técnicas de \textit{clustering} para reduzir o espaço de procura quando tenta obter uma posição a partir do mapa rádio. O sistema é constituído também por uma fase \textit{offline} onde é feita a construção de um mapa rádio que é depois divido em \textit{clusters}. Na fase \textit{online} é feito no nó móvel o cálculo da posição recorrendo a várias filtros, que vão passo a passo melhorando a precisão da localização.
\section{Encaminhamento em Redes de Sensores Wireless}
\label{chap:3:sec:3}
@@ -155,19 +157,21 @@ \subsection{Desafios e Decis
\textbf{Instalação dos nós}. A forma como os nós são instalados depende do tipo de aplicação e pode ser determinística ou aleatória. Se for aleatória a distribuição não é uniforme o que pode requerer \textit{clustering}. A distância de transmissão é reduzida o que obriga a que a comunicação seja feita através de vários nós.
-\textbf{Tolerância a falhas}. Alguns sensores podem falhar devido à falta de energia, dano físico ou interferência. Essas falhas não podem por isso condicionar impedir a comunicação e devem existir protocolos \acs{MAC} e de encaminhamento que consigam detectar essa situação e reformular a topologia da rede.
+\textbf{Tolerância a falhas}. Alguns sensores podem falhar devido à falta de energia, dano físico ou interferência. Essas falhas não podem por isso condicionar ou impedir a comunicação e devem existir protocolos \acs{MAC} e de encaminhamento que consigam detectar essa situação e reformular a topologia da rede.
\textbf{Modelo de aquisição de dados}. A forma como é feita a aquisição de dados é dependente da aplicação e pode ser orientada ao tempo, para aplicações de monitorização periódica ou ao evento para e à \textit{query}, para nós que reagem a mudanças na medição de parâmetros ou a um pedido feito pela \acf{BS}.
-\textbf{Homogeneidade dos nós ou ligações}. Os nós podem ter todos iguais capacidades sendo a rede homogénea ou então podem ter capacidades diferenciadas, havendo nós mais básicos e outros mais complexos.
+\textbf{Homogeneidade dos nós ou ligações}. Os nós podem ter todos capacidades iguais sendo a rede homogénea ou então podem ter capacidades diferenciadas, havendo nós mais básicos e outros mais complexos.
\textbf{Escalabilidade}. Devido ao elevado número de nós possível numa \acs{WSN} qualquer protocolo de encaminhamento deve ser escalável reagindo de forma automática à adição ou remoção de nós da rede.
-\textbf{Dinâmica da rede}. A maior parte das arquitecturas assume que os nós estão fixos. No entanto para aplicações em que a topologia muda a estabilidade dos caminhos torna-se um assunto importante e algum tipo de actualização periódica ou redescoberta de novos caminhos torna-se necessário.
+\textbf{Dinâmica da rede}. A maior parte das arquitecturas assume que os nós estão fixos. No entanto para aplicações em que a topologia muda, a estabilidade dos caminhos torna-se um assunto importante, sendo necessário efectuar a actualização periódica ou redescoberta de novos caminhos.
\textbf{Agregação de dados}. Os dados de vários sensores podem ser agregados para que o número de transmissões sofra uma redução. A agregação pode ser feita com remoção de duplicados, valores mínimos, valores máximos e valores médios.
-\textbf{\acf{QoS}}. Em algumas aplicações os dados têm de ser entregues com sucesso após um determinado limite de tempo após a sua obtenção, caso contrário perdem significado ou introduzem erros desnecessários no sistema. Este limite de tempo pode ser gerido de forma dinâmica conforme a qualidade da transmissão.
+\textbf{\acf{QoS}}. Em algumas aplicações os dados têm de ser entregues com sucesso durante um determinado limite de tempo após a sua obtenção, caso contrário perdem significado ou introduzem erros desnecessários no sistema. Este limite de tempo pode ser gerido de forma dinâmica conforme a qualidade da transmissão.
+
+\clearpage
\subsection{Protocolos de Encaminhamento}
\label{chap:3:sec:3.2}
@@ -184,6 +188,8 @@ \subsection{Protocolos de Encaminhamento}
\label{fig:1:spin}
\end{figure}
+\clearpage
+
O \acf{DD} \cite{21} introduz um método de procura através da propagação de interesses e criação de gradientes construídos à medida que um determinado percurso vai sendo utilizado cada vez mais utilizado.
O \acf{AODV} \cite{22} introduz o conceito da descoberta de caminhos e da persistência dos mesmos de forma distribuída por todos os nós. É um protocolo \textit{On-demand} que só entra em acção quando é necessário enviar uma nova mensagem e com mecanismos de \textit{Self-healing} que permitem recuperar um caminho quando por alguma razão existiu uma alteração de topologia. Apresenta duas fases, uma de descoberta de caminho e outra de utilização desse caminho.
View
54 2_texto_principal/4_framework.tex
@@ -15,7 +15,7 @@
\label{fig:1:frameworkOverview}
\end{figure}
-\section{Objective Modular network Test-bed (OMNeT++)}
+\section{Objective Modular Network Test-bed (OMNeT++)}
\label{chap:4:sec:1}
O \acs{OMNeT++}\footnote{http://http://www.omnetpp.org/} é uma plataforma de simulação baseada em módulos, escrita em C++ e com um IDE baseado em Eclipse.
@@ -27,10 +27,10 @@ \section{Objective Modular network Test-bed (OMNeT++)}
\item A orientação por objectos que permite uma flexível extensão das classes base;
\item A existência de um ambiente gráfico automático para uma melhor visualização e \textit{debug} da simulação;
\item A biblioteca extensa incluída que oferece suporte para estatística, colecção de dados, apresentação gráfica, números aleatórios e estruturas de dados;
-\item A possibilidade simular vários cenários mudando apenas parâmetros num ficheiro de configuração, sem necessidade de nova compilação.
+\item A possibilidade de simular vários cenários mudando apenas parâmetros num ficheiro de configuração, sem necessidade de nova compilação.
\end{itemize}
-Cada módulo pode ser do tipo simples ou composto. Os módulos compostos são constituídos por módulos simples ou por outros módulos compostos criando assim uma estrutura hierárquica de dependência.Todos os módulos assentam sobre um módulo de sistema, responsável pela realização da simulação. A comunicação entre módulos é feita através do envio de mensagens, que podem ser tão especializadas quanto o necessário, enviadas por canais de comunicação de entrada e saída. Na Figura \ref{fig:2:omnet} está um diagrama exemplificativo desta arquitectura.
+Cada módulo pode ser do tipo simples ou composto. Os módulos compostos são constituídos por módulos simples ou por outros módulos compostos criando assim uma estrutura hierárquica de dependência.Todos os módulos assentam sobre um módulo de sistema, responsável pela realização da simulação. A comunicação entre módulos é feita através do envio de mensagens, que podem ser tão especializadas quanto necessário e enviadas por canais de comunicação de entrada e saída. Na Figura \ref{fig:2:omnet} está um diagrama exemplificativo desta arquitectura.
\begin{figure}[!htb]
\centering
@@ -39,13 +39,13 @@ \section{Objective Modular network Test-bed (OMNeT++)}
\label{fig:2:omnet}
\end{figure}
-A topologia de cada módulo e a forma como interliga com outros, é descrita utilizando a linguagem \acf{NED} sendo posteriormente a implementação feita em C++. É um utilizado um ficheiro de configuração (ex: omnetpp.ini) que permite criar diversos cenários possíveis definindo para cada um, por exemplo, parâmetros dos módulos, tempo de simulação, \textit{seed} para números aleatórios, etc. Esta solução permite a utilização de apenas um executável para diversas cenários.
+A topologia de cada módulo e a forma como interliga com outros, é descrita utilizando a linguagem \acf{NED} sendo posteriormente a implementação feita em C++. É utilizado um ficheiro de configuração (ex: omnetpp.ini) que permite criar diversos cenários possíveis definindo para cada um, por exemplo, parâmetros dos módulos, tempo de simulação, \textit{seed} para números aleatórios, etc. Esta solução permite a utilização de apenas um executável para diversas cenários.
Na Figura \ref{fig:3:omnetInternal} é possível observar a estrutura interna de um executável \acs{OMNeT++}.
\begin{figure}[!htb]
\centering
- \includegraphics[width=0.85\textwidth]{img/04_omnet_internal.png}
+ \includegraphics[width=0.87\textwidth]{img/04_omnet_internal.png}
\caption{Arquitectura lógica de um executável OMNeT++ \cite{33}.}
\label{fig:3:omnetInternal}
\end{figure}
@@ -59,6 +59,8 @@ \section{Objective Modular network Test-bed (OMNeT++)}
\label{fig:4:omnetTkenv}
\end{figure}
+\clearpage
+
\section{Mixed Simulator (MiXiM) para OMNeT++}
\label{chap:4:sec:2}
O \acs{MiXiM}\footnote{http://mixim.sourceforge.net/} resulta da combinação de quatro \textit{frameworks}: a \acf{MF} que introduz suporte à mobilidade, o \acf{ChSim} que adiciona modelos detalhados de propagação, o MAC Simulator e a Positif Framework que adicionam o \acs{MAC}. Esta plataforma foi criada especificamente para simulação de redes wireless introduzindo várias novidades úteis na simulação de \acsp{WSN}, tais como:
@@ -82,7 +84,7 @@ \section{Mixed Simulator (MiXiM) para OMNeT++}
Na Figura \ref{fig:5:mixim} temos a estrutura do \acs{MiXiM} que pode ser dividido em dois tipos de módulos:
\begin{itemize}
-\item Módulos de Simulação: módulo \textit{world} responsável pela configuração do ambiente (dimensões da área de trabalho, gestão de parâmetros globais) e \textit{ConnectionManager} responsável pela gestão das ligações entre nós. De notar que o MiXiM suporte vários nós de ligação, tantos como os canais de transmissão existentes;
+\item Módulos de Simulação: módulo \textit{world} responsável pela configuração do ambiente (dimensões da área de trabalho, gestão de parâmetros globais) e \textit{ConnectionManager} responsável pela gestão das ligações entre nós. De notar que o MiXiM suporta vários nós de ligação, tantos como os canais de transmissão existentes;
\item Módulos de Nó: módulos com vários sub-módulos que implementam cada uma das camadas lógicas e físicas presentes num nó de uma rede wireless.
\end{itemize}
@@ -102,7 +104,7 @@ \section{Mixed Simulator (MiXiM) para OMNeT++}
Na Figura \ref{fig:6:miximNode} observa-se em detalhe o módulo de nó onde estão presentes as camadas lógicas de um sensor wireless, o \acs{NIC} constituído pelas \acs{PHY} e \acs{MAC}, a camada \textit{Network} (Netw) e a camada de aplicação. Existem ainda paralelamente vários sub-módulos, nomeadamente o \textit{mobility} que trata da posição e movimentação do nó na área de trabalho, o \textit{battery} que simula o consumo de energia, o \textit{arp} que trata do endereçamento e o \textit{utility} que serve para efeitos utilitários na partilha de informação durante a simulação.
-O \acs{MiXiM} pode ser dividido de forma lógica numa plataforma base e numa biblioteca de protocolos conforme se pode observar na Figura \ref{fig:7:miximLogicLayers}. A plataforma base tem todos componentes necessários para criar uma simulação. A biblioteca de protocolos tem diversas extensões da plataforma base que permitem diversificar a quantidade de protocolos e modelos existente.
+O \acs{MiXiM} pode ser dividido de forma lógica numa plataforma base e numa biblioteca de protocolos conforme se pode observar na Figura \ref{fig:7:miximLogicLayers}. A plataforma base tem todos componentes necessários para criar uma simulação. A biblioteca de protocolos tem diversas extensões da plataforma base que permitem diversificar a quantidade de protocolos e modelos existentes.
Importa analisar como funciona a camada \acs{PHY} no \acs{MiXiM}. A potência do sinal é influenciada pelo canal de propagação, influência que pode ser modelada por atenuações causadas por efeitos de \textit{path loss}\footnote{Atenuação causada pelo ar.}, \textit{shadowing}\footnote{Atenuação causada por obstáculos.} e \textit{fading}\footnote{Atenuação causada pela multi-propagação de um sinal derivada de diversas reflexões.}. Para além disso também a frequência do sinal, a potência de envio e o \textit{bit-rate} (modulação e codificação) no tempo, espaço e frequência podem afectar a potência do sinal recebido.
@@ -115,12 +117,16 @@ \section{Mixed Simulator (MiXiM) para OMNeT++}
\label{fig:8:miximPhy}
\end{figure}
-Quando recebe uma mensagem vinda do exterior (\textit{AirFrame}), a camada \acs{PHY} envia a mensagem para o modelo analógico que irá calcular a atenuação do sinal e para o \textit{Decider} que verifica se o sinal é ruído com base na potência recebida e calcula os bit-errors. Depois deste momento a camada \acs{PHY} calcula o atraso de propagação e de transmissão da mensagem cabendo à camada \acs{MAC} determinar com base nos \textit{bit errors} se mensagem é válida ou não.
+Quando recebe uma mensagem vinda do exterior (\textit{AirFrame}), a camada \acs{PHY} envia a mensagem para o modelo analógico que irá calcular a atenuação do sinal e para o \textit{Decider} que verifica se o sinal é ruído (com base na potência recebida) e calcula os bit-errors. Depois deste momento a camada \acs{PHY} calcula o atraso de propagação e de transmissão da mensagem cabendo à camada \acs{MAC} determinar com base nos \textit{bit errors} se a mensagem é válida ou não.
+
+A título de curiosidade, no trabalho \cite{36} é apresentada uma descrição mais pormenorizada sobre todo o funcionamento desta camada no \acs{MiXiM}.
+
+\clearpage
\section{Simulação de Obstáculos para MiXiM}
\label{chap:4:sec:3}
-Embora esteja referida em \cite{34}, a simulação de obstáculos, como parte integrante do MiXiM, esta nunca chegou a ser implementada. Assim foi necessário procurar uma solução que permitisse simular a existência de obstáculos no ambiente de trabalho.
+Embora esteja referida em \cite{34}, a simulação de obstáculos, como parte integrante do MiXiM, nunca chegou a ser implementada Assim foi necessário procurar uma solução que permitisse simular a existência de obstáculos no ambiente de trabalho.
O trabalho \cite{35} implementa a simulação de obstáculos no MiXiM e a sua representação no ambiente Tkenv. O modelo descrito não contempla efeitos de reflexão ou difracção e pretende ser computacionalmente rápido. A configuração dos obstáculos é feita através de um ficheiro XML. Na \lstlistingname{} \ref{list:1:obstaclesXML} está o código XML necessário para desenhar o obstáculo da Figura \ref{fig:9:miximWithObstacles}.
@@ -137,7 +143,6 @@ \section{Simula
\label{fig:9:miximWithObstacles}
\end{figure}
-
Para melhor perceber a solução encontrada analisa-se a base matemática do modelo.
Sabendo que a potência recebida de um sinal é dada por:
@@ -156,7 +161,7 @@ \section{Simula
Os termos \begin{math}\beta{}\end{math} e \begin{math}\gamma{}\end{math} são calculados com base nos resultados obtidos experimentalmente e representam a atenuação por metro e a atenuação por parede respectivamente. Para o trabalho \cite{35} os valores obtidos foram \begin{math}\beta{}\approx{9dB}\end{math} e \begin{math}\gamma{}\approx{0.4dB/m}\end{math}.
-Devido à não utilização de nós reais neste trabalho, que permitissem chegar a valores reais, optou-se por considerar, com base no Tabela \ref{tab:1:attenuationPerInch} do manual da \textit{3Com Wireless Antenas}\footnote{http://www.scribd.com/doc/32613170/3Com\%C2\%AE-Wireless-Antennas}, os seguintes valores:
+Devido à não utilização de nós reais neste trabalho, por condicionantes relacionadas com o custo envolvido, que permitissem chegar a valores reais, optou-se por considerar, com base no Tabela \ref{tab:1:attenuationPerInch} do manual da \textit{3Com Wireless Antenas}\footnote{http://www.scribd.com/doc/32613170/3Com\%C2\%AE-Wireless-Antennas}, os seguintes valores:
\begin{table}[!htb]
\centering
@@ -179,7 +184,34 @@ \section{Simula
\label{tab:1:attenuationPerInch}
\end{table}
+\clearpage
+
+\section{Simulação da Propagação do Sinal}
+\label{chap:4:sec:4}
+
+A escolha de um modelo adequado de propagação do sinal assume particular importância, dado que para métodos de localização probabilísticos a inferência sobre a localização de um determinado nó, será feita a partir de funções densidade de probabilidade, que dependem exactamente das características da propagação do sinal.
+
+Se um modelo demasiado simples fosse usado, poderia criar resultados diferentes do esperado e que não correspondessem a uma situação real.
+
+Habitualmente a propagação de um sinal num ambiente interior é afectada por três factores:
+
+\begin{itemize}
+\item \textit{Path-loss}: perdas resultantes da atenuação causada pela distância de propagação;
+\item \textit{Shadowing} : perdas que resultam de flutuações aleatórias devido a obstruções;
+\item \textit{Fading} : perdas resultantes da existência de reflexões que provocam a multi-propagação do sinal.
+\end{itemize}
+
+Neste trabalho, são simuladas a \textit{Path-Loss} e a \textit{Shadowing} usando para isso modelos disponíveis no \acs{MiXiM} para simular este comportamento: o \textit{SimplePathlossModel} e o \textit{LogNormalShadowing}.
+
+O \textit{SimplePathLossModel} implementa um modelo simples de perdas, com atenuação dada por:
+
+\begin{equation}
+L_{pathloss} = \frac{\lambda{}^2}{16\pi{}^2}{d^{-2\alpha{}}}
+\end{equation}
+
+onde: \begin{math}d\end{math} é a distância percorrida, \begin{math}\lambda{}=\frac{c}{f}\end{math} e \begin{math}\alpha{}\end{math} é o coeficiente de perdas.
+Por sua vez o \textit{LogNormalShadowing} é implementado recorrendo a uma distribuição normal para gerar uma atenuação, em que os valores da média e do desvio padrão são calculados de forma aleatória.
% Ensure that the next chapter starts in a odd page
View
90 2_texto_principal/5_arquitecture.tex
@@ -9,7 +9,7 @@ \section{Sistema de Monitoriza
\label{chap:5:sec:1}
Propõe-se nesta tese o \acf{EMoS}, uma solução simulada para o problema da monitorização de pessoas em ambiente doméstico. O \acs{EMoS} é uma rede \acs{WSN} constituída por diversos nós com comunicação wireless colocados de forma homogénea numa casa. Embora o sistema possa efectuar a monitorização de todo o tipo de pessoas, neste trabalho é focada a monitorização de idosos ou pessoas com necessidades especiais.
-São sugeridas opções de hardware comercialmente disponível para cada componente do sistema pretendendo-se desta forma ir para além da simples simulação e obter parâmetros reais para a configuração da mesma. Alguns aspectos de hardware mencionados não serão simulados por limitação de tempo na execução deste trabalho e também por não corresponderem ao âmbito estabelecido no Capítulo \ref{chap:1:sec:2}.
+São sugeridas opções de hardware comercialmente disponíveis para cada componente do sistema pretendendo-se desta forma ir para além da simples simulação e obter parâmetros reais para a configuração da mesma. Alguns aspectos de hardware mencionados não serão simulados por limitação de tempo na execução deste trabalho e também por não corresponderem ao âmbito estabelecido no Capítulo \ref{chap:1:sec:2}.
\begin{figure}[!htb]
\centering
@@ -18,7 +18,7 @@ \section{Sistema de Monitoriza
\label{fig:1:emosOverview}
\end{figure}
-O sistema \acs{EMoS} (Figura \ref{fig:1:emosOverview}) é caracterizado pelos seguintes tipos de dispositivo:
+O sistema \acs{EMoS} (Figura \ref{fig:1:emosOverview}) é caracterizado pelos seguintes tipos de dispositivos:
\begin{itemize}
\item Nó Móvel (\acf{MN}): Monitorização de pessoas e calibração do sistema;
@@ -28,19 +28,21 @@ \section{Sistema de Monitoriza
Os nós fixos estão ligados à rede eléctrica e enviam periodicamente mensagens de assinatura em modo \textit{broadcast}. No caso dos nós \textit{SN8}, \textit{SN9}, \textit{SN12} e \textit{SN13}, pode existir também envio de mensagens para outros nós fixos ou para o nó base. Isto pode acontecer quando por exemplo, é detectado gás no caso do \textit{SN12}, quando é ligado/desligado o fogão no caso do \textit{SN13} ou quando alguém se deita/levanta numa das camas onde estão os sensores \textit{SN8} e \textit{SN9}.
-O nó de base recebe informação dos nós fixos ou do exterior através da \acs{LAN} e toma decisões com base nessa informação. Pode, por exemplo, avisar num monitor que existe alguma anomalia na casa, enviar uma mensagem para o nó móvel ou para um nó fixo, ou comunicar com o exterior caso seja necessário.
+O nó base recebe informação dos nós fixos ou do exterior através da \acs{LAN} e toma decisões com base nessa informação. Pode, por exemplo, avisar num monitor que existe alguma anomalia na casa, enviar uma mensagem para o nó móvel ou para um nó fixo, ou comunicar com o exterior caso seja necessário.
-O nó móvel pode funcionar em dois modos: calibração e normal. No modo de calibração limita-se a receber assinaturas dos nós fixos e a registar essa informação, gerando no um ficheiro XML com o mapa rádio do casa. No modo normal recebe de igual forma as assinaturas, mas periodicamente envia de volta para o nó fixo mais próximo, um conjunto de médias das potências recebidas. O nó fixo por sua vez envia esta informação para o nó base que irá calcular a localização do nó móvel.
+O nó móvel pode funcionar em dois modos: calibração e normal. No modo de calibração limita-se a receber assinaturas dos nós fixos e a registar essa informação, gerando um ficheiro XML com o mapa rádio do casa. No modo normal recebe de igual forma as assinaturas, mas periodicamente envia de volta para o nó fixo mais próximo, um conjunto de médias das potências recebidas. O nó fixo por sua vez envia esta informação para o nó base que irá calcular a localização do nó móvel.
Todos os nós formam uma estrutura em \textit{flat-routing} usando o \acs{AODV} para comunicar e apresentam uma estrutura interna idêntica (Figura \ref{fig:2:emonsNodeInternal}). O sistema é perfeitamente escalável, sendo possível adicionar-se vários outros nós móveis. No caso de existir um número muito elevado de nós móveis é possível criar novos nós base associados a \textit{clusters} de nós fixos, que comuniquem através da LAN para eliminar sobreposições.
\begin{figure}[!htb]
\centering
- \includegraphics[width=0.80\textwidth]{img/05_emos_node_internal.png}
+ \includegraphics[width=0.78\textwidth]{img/05_emos_node_internal.png}
\caption{Estrutura interna de um nó no sistema EMoS.}
\label{fig:2:emonsNodeInternal}
\end{figure}
+\clearpage
+
Neste trabalho foi criada uma camada \textit{Network} comum para todos os nós e uma camada \textit{Application} por cada tipo de nó que implementa cada u dos tipos descritos. Nas próximas secções é feita uma exposição detalhada de todo o sistema.
\subsection{Nó Móvel (MN)}
@@ -133,39 +135,7 @@ \subsection{N
Este nó usa o mesmo rádio que o \textit{Waspmote}, com parâmetros para simulação já registados na Tabela \ref{tab:1:xbeeNICParameters}.
-\section{Camada \textit{NIC}}
-\label{chap:5:sec:2}
-Esta camada é constituída pelo \acs{MAC} e \acs{PHY}.
-
-Tal como descrito na Secção \ref{chap:4:sec:2} a camada \acs{PHY} do \acs{MiXiM} tem um conjunto de modelos analógicos e um \textit{decider} que calculam as diversas atenuações e \textit{bit-errors} do sinal. Para o simulação deste sistema optou-se por usar um conjunto de três modelos analógicos que vão introduzir atenuação no sinal recebido.
-
-\begin{figure}[!htb]
- \centering
- \includegraphics[width=1\textwidth]{img/05_analogue_models.png}
- \caption{Sistema linear correspondente à aplicação dos modelos analógicos à potência do sinal recebido pelo nó.}
- \label{fig:7:analogueModels}
-\end{figure}
-
-Optou-se por usar o modelo \textit{Breakpoint Path Loss}, um modelo empírico que permite recriar a atenuação de um sinal a longas distâncias, onde a partir da \textit{BreakPoint distance} o sinal sofre uma atenuação com declive superior e o \textit{Log Normal Shadowing} que permite simular as perdas provocadas pelas diversas reflexões existentes dentro de um edifício. Para simular a existência de obstáculos é utilizado o \textit{Simple Obstacle Shadowing} que tal como descrito na Secção \ref{chap:4:sec:3} permite recriar a atenuação causada pelas paredes da habitação. Dada a falta de dados reais que permitam inferir os parâmetros do modelo, utilizaremos parâmetros de configurações usadas nos exemplos do MiXiM para simulação de redes \acs{WSN}.
-
-%Assim para o modelo \textit{Breakpoint Path Loss} dado por:
-%
-%\begin{equation}
-% P_L = L_0 + 10\alpha{}\log{d}
-%\end{equation}
-%
-%Temos \begin{math}\alpha{}=2\end{math},\begin{math}L_0=40.2\end{math}dB para \begin{math}d<8\end{math}m e \begin{math}\alpha{}=3.3\end{math}, \begin{math}L_0=58.8\end{math}dB para \begin{math}d>=8.0\end{math}.
-%
-%Por sua vez para o modelo \textit{Log Normal Shadowing} dado por:
-%
-%\begin{equation}
-% G = -normal(\bar{x},\sigma{})
-%\end{equation}
-
-Paralelamente à atenuação do sinal há também o cálculo dos \textit{bit-errors} da mensagem levada a cabo pelo bloco \textit{decider}. Este foi configurado com uma probabilidade de erro de \begin{math}BER=1\times{10^{-8}}\end{math} e modulação O-QPSK.
-
-O ficheiro de configuração da camada \acs{NIC} está disponível no Anexo \ref{list:a1:xmlNIC}.
-
+\clearpage
\section{Camada \textit{Network} : \textit{AODVRoute}}
\label{chap:5:sec:3}
@@ -174,7 +144,7 @@ \section{Camada \textit{Network} : \textit{AODVRoute}}
O \acs{AODV} é um protocolo \textit{on-demand} que permite descobrir um caminho apenas quando este é necessário, recuperar caminhos perdidos e reutilizar caminhos já encontrados. Achou-se por isso conveniente implementá-lo no \acs{MiXiM} para ser usado no \acs{EMoS}. Este usa caminhos bidireccionais, o que significa que quando é feita a descoberta de um novo caminho são sempre gerados dois, acelerando o processo de procura de novos caminhos. A utilização de contadores sequenciais impede e formação de loops em todo o processo e é feita manutenção sobre os caminhos para eliminar os que deixaram de ser usados durante um determinado espaço de tempo.
-Neste trabalho foi implementada uma versão do \acs{AODV} que apenas contém as funcionalidades necessárias para descoberta de um novo caminho ou para a recuperação de um caminho perdido. O \textit{multicast} bem como a reparação local de caminhos perdidos (\textit{local-repair}\footnote{reparação que ocorre localmente quando um nó intermédio falha no encaminhamento da mensagem.} não foram implementadas. Ao módulo implementado foi dado o nome de \textit{AODVRoute}.
+Neste trabalho foi implementada uma versão do \acs{AODV} que apenas contém as funcionalidades necessárias para descoberta de um novo caminho ou para a recuperação de um caminho perdido. O \textit{multicast} bem como a reparação local de caminhos perdidos (\textit{local-repair}\footnote{reparação que ocorre localmente quando um nó intermédio falha no encaminhamento da mensagem.}) não foram implementadas. Ao módulo implementado foi dado o nome de \textit{AODVRoute}.
\subsection{Tipos de Mensagens}
\label{chap:5:sec:3.1}
@@ -195,7 +165,7 @@ \subsection{Tipos de Mensagens}
\label{fig:11:aodvMsgTypes}
\end{figure}
-Na Figura \ref{fig:11:aodvMsgTypes} estão as mensagens criadas no \acs{MiXiM}. A criação de mensagens no \acs{OMNeT++} é relativamente simples uma vez que todo o \textit{boilerplate code} é gerado automaticamente. Assim é necessário apenas definir ficheiros do tipo \textit{msg} com os parâmetros necessários. Cada uma das mensagens definidas para este módulo estende a mensagem \textit{NetwPkt}, uma mensagem genérica para a camada \textit{Netw} com endereços de emissor e receptor e \acf{TTL}. Para além dos campos herdados existem também os seguintes para cada tipo de mensagem:
+Na Figura \ref{fig:11:aodvMsgTypes} estão as mensagens criadas no \acs{MiXiM}. A criação de mensagens no \acs{OMNeT++} é relativamente simples uma vez que todo o \textit{boilerplate code} é gerado automaticamente. Assim é necessário apenas definir ficheiros do tipo \textit{msg} com os parâmetros necessários. Cada uma das mensagens definidas para este módulo estende a mensagem \textit{NetwPkt}, uma mensagem genérica para a camada \textit{Netw} com endereços de emissor e receptor e \acf{TTL}. Para além dos campos herdados existem também os seguintes campos para cada tipo de mensagem:
\begin{itemize}
\item \textit{AODVRouteRequest} : endereços e números de sequência para o nós emissor e receptor, o \textit{RREQ\_ID} que é obtido de um contador existente para o efeito no nó emissor e o contador de saltos que permite perceber em que ponto do caminho está o \acs{RREQ};
@@ -261,15 +231,19 @@ \subsection{Modo de Funcionamento}
\begin{figure}[!htb]
\centering
- \includegraphics[width=0.9\textwidth]{img/05_aodv_flow_02.png}
+ \includegraphics[width=1\textwidth]{img/05_aodv_flow_02.png}
\caption{Fluxograma de chegada de um \textit{RREQ} vindo da camada \textit{MAC}.}
\label{fig:13:aodvFlux2}
\end{figure}
-Dado que o nó guarda todos os \acs{RREQ} que recebe no \textit{RouteVector}, este consegue verificar se já recebeu aquele mesmo pacote ou não. No caso de não ter recebido é incrementado o contador de saltos para que a distância até á origem seja actualizada. A informação do nó de origem, o número de saltos até ao mesmo são usados para criar um caminho inverso para o nó de origem. Enquanto este não for o nó de origem a mensagem vai sendo enviada de no para nó até chegar ao destino. Pode ainda se dar o caso do nó não ser o nó de destino mas já existir um caminho no \textit{RouteMap} o que permite ao nó intermédio devolver logo um \acs{RREP}. Quando se trata do nó de destino é incrementado o contador do nó para garantir que não haverá mais nenhum caminho que se sobreponha.
+Dado que o nó guarda todos os \acs{RREQ} que recebe no \textit{RouteVector}, este consegue verificar se já recebeu aquele mesmo pacote ou não. No caso de não ter recebido é incrementado o contador de saltos para que a distância até á origem seja actualizada. A informação do nó de origem, o número de saltos até ao mesmo são usados para criar um caminho inverso para o nó de origem. Enquanto este não for o nó de origem a mensagem vai sendo enviada de nó para nó até chegar ao destino. Pode ainda se dar o caso do nó não ser o nó de destino mas já existir um caminho no \textit{RouteMap} o que permite ao nó intermédio devolver logo um \acs{RREP}. Quando se trata do nó de destino é incrementado o contador do nó para garantir que não haverá mais nenhum caminho que se sobreponha.
+
+Então, assim que o caminho é encontrado existe um \acs{RREP} que volta pelo caminho inverso em \textit{unicast} construindo o caminho do nó de origem para o nó de destino iniciais.
-Então, assim que o caminho é encontrado existe um \acs{RREP} que volta pelo caminho inverso em \textit{unicast} construindo o caminho do nó de origem para o nó de destino iniciais. Na Figura \ref{fig:14:aodvFlux3} podemos observar o que acontece a essa mensagem à medida que vai passando pelos nós intermédios até chegar ao nó de origem original. Quando é alcançada a origem o nó pode então ir buscar ao pktMap a p?oxima mensagem a enviar para aquele endereço de destino.
+\clearpage
+
+Na Figura \ref{fig:14:aodvFlux3} podemos observar o que acontece a essa mensagem à medida que vai passando pelos nós intermédios até chegar ao nó de origem original. Quando é alcançada a origem, o nó pode então ir buscar ao pktMap, a próxima mensagem, a enviá-la para aquele endereço de destino.
\begin{figure}[!htb]
\centering
@@ -291,12 +265,12 @@ \subsection{Modo de Funcionamento}
\begin{figure}[!htb]
\centering
- \includegraphics[width=0.68\textwidth]{img/05_aodv_flow_05.png}
+ \includegraphics[width=0.70\textwidth]{img/05_aodv_flow_05.png}
\caption{Fluxograma da chegada de um \textit{RERR} vindo da camada \textit{MAC}.}
\label{fig:16:aodvFlux5}
\end{figure}
-
+\clearpage
\section{Camada \textit{Application} : Localização}
\label{chap:5:sec:4}
@@ -322,16 +296,16 @@ \subsection{HORUS Modificado}
\begin{figure}[!htb]
\centering
- \includegraphics[width=1\textwidth]{img/05_horus_mod.png}
+ \includegraphics[width=0.85\textwidth]{img/05_horus_mod.png}
\caption{Componentes do sistema HORUS modificado e fluxo de informação.}
\label{fig:17:horusMod}
\end{figure}
\title{\textbf{\textit{Fase Offline}}}
-Na Figura \ref{fig:17:horusMod} é descrito de forma global e modular todo o sistema de localização implementado. Na fase \textit{offline} o nó móvel recolhe para cada posição da casa uma séries de mostras (\textit{Raw Data}),pares (nodeAddress,RSSI) obtidos a partir da informação de controlo enviada pela camada \textit{Network}. Esta informação vai sendo guardada, sem qualquer tratamento, para todas as posições registadas.
+Na Figura \ref{fig:17:horusMod} é descrito de forma global e modular todo o sistema de localização implementado. Na fase \textit{offline} o nó móvel recolhe para cada posição da casa uma séries de amostras (\textit{Raw Data}),pares (nodeAddress,RSSI) obtidos a partir da informação de controlo enviada pela camada \textit{Network}. Esta informação vai sendo guardada, sem qualquer tratamento, para todas as posições registadas.
-Depois de concluída a amostragem de todo o espaço a informação é agrupada por posição no \textit{Radio Map Builder} e correlacionada efectuando para cada posição e para cada nó, o cálculo da média e do desvio padrão, das potências recebidas no \textit{Correlation Modeler}. Em cada posição posição é mantido um número máximo configurável de nós registados, sendo todos os outros removidos, pretendendo-se com isto garantir que na fase \textit{Online} as amostras recebidas são cruzadas com amostras do mesmo tamanho para cada posição.
+Depois de concluída a amostragem de todo o espaço a informação é agrupada por posição no \textit{Radio Map Builder} e correlacionada efectuando para cada posição e para cada nó, o cálculo da média e do desvio padrão, das potências recebidas no \textit{Correlation Modeler}. Em cada posição é mantido um número máximo configurável de nós registados, sendo todos os outros removidos, pretendendo-se com isto garantir que na fase \textit{Online} as amostras recebidas são cruzadas com amostras do mesmo tamanho para cada posição.
Por fim é feita a criação de \textit{clusters} no módulo \textit{Clustering}. O processo decorre ordenando por potência recebida as amostras para cada posição e depois escolhendo as \begin{math}n\end{math} primeiras como chave da posição. Para cada chave diferente é criado um novo \textit{cluster}. De notar que a chave (1000,1001) é igual à chave (1001,1000) não havendo o conceito de ordenação na chave. Neste trabalho considerou-se \begin{math}n=2\end{math} por ser um valor apontado no trabalho \cite{31} como tendo bons resultados num sistema real.
@@ -343,7 +317,7 @@ \subsection{HORUS Modificado}
O nó base contém os ficheiros XML gerados na fase \textit{offline} e como tal possui toda a informação necessária para determinar a probabilidade do nó estar numa determinada posição. Inicialmente a estimativa é discreta (\textit{Discrete-Space Estimator}) e apenas são determinadas posições para o nó móvel que constam no mapa rádio.
-Nesse momento o nó fixo analisa o sinal recebido, verifica se estão presentes um número mínimo de nós fixos e determina a chave da amostra (neste caso os dois nós com maior \acs{RSSI}). Com a essa chave obtém o \textit{cluster} correspondente e as posições associadas. Para cada posição é calculada a densidade de probabilidade da distribuição normal (Ver Secção \ref{chap:5:sec:4.2}). A posição com maior valor é a posição obtida à saída do \textit{Discrete-Space Estimator}.
+Nesse momento o nó fixo analisa o sinal recebido, verifica se estão presentes um número mínimo de nós fixos e determina a chave da amostra (neste caso os dois nós com maior \acs{RSSI}). Com essa chave obtém o \textit{cluster} correspondente e as posições associadas. Para cada posição é calculada a densidade de probabilidade da distribuição normal (Ver Secção \ref{chap:5:sec:4.2}). A posição com maior valor é a posição obtida à saída do \textit{Discrete-Space Estimator}.
Uma vez que existem diversas posições onde o nó móvel poderá estar, que não estão registadas no mapa rádio é necessária uma estimação no espaço contínua. É essa precisamente a função do \textit{Continuous-Space Estimator} que irá através de duas técnicas: centro de massa das posições e média temporal do espaço físico, determinar uma posição estimada da posição real do nó.
@@ -439,11 +413,11 @@ \subsection{Estruturas de Dados e Ficheiros XML}
\label{chap:5:sec:4.3}
São definidas duas estruturas de dados no \textit{HORUS} modificado.
-Na Figura \ref{fig:18:horusModRadioMap} temos a estrutura de dados escolhida para guardar as posições obtidas à saída do \textit{Correlation Modeler}. O resultado são é um conjunto de posições, onde para cada posição existem várias funções de densidade de probabilidade para cada nó, \acfp{PDF} caracterizadas pelos seus valores de média e desvio padrão.
+Na Figura \ref{fig:18:horusModRadioMap} temos a estrutura de dados escolhida para guardar as posições obtidas à saída do \textit{Correlation Modeler}. O resultado são um conjunto de posições, onde para cada posição, existem várias funções de densidade de probabilidade para cada nó, \acfp{PDF} caracterizadas pelos seus valores de média e desvio padrão.
Na Figura \ref{fig:19:horusModRadioMapClusters} está representada a estrutura de dados utilizada para guardar os \textit{clusters}.
-Estas estruturas estão presentes no nó móvel e no nó fixo e servem para guardar em memória o conteúdo que será escrito/lido dos ficheiros XML.Nesta simulação são, por isso, usados dois tipos de ficheiro XML para guardar o mapa rádio de posições e os \textit{clusters}. Estes ficheiros são gerados quando termina a simulação do modo \textit{offline} e carregados pelo nó base quando começa a simulação do modo \textit{online}. No Anexo \ref{list:a1:xmlRadioMap} está um exemplo de um ficheiro XML de posições rádio e no Anexo \ref{list:a1:xmlRadioMapCluster} pode ser consultado um exemplo de um ficheiro XML de clusters.
+Estas estruturas estão presentes no nó móvel e no nó fixo e servem para guardar em memória o conteúdo que será escrito ou lido nos ficheiros XML.Nesta simulação são, por isso, usados dois tipos de ficheiro XML para guardar o mapa rádio de posições e os \textit{clusters}. Estes ficheiros são gerados quando termina a simulação do modo \textit{offline} e carregados pelo nó base quando começa a simulação do modo \textit{online}. No Anexo \ref{list:a1:xmlRadioMap} está um exemplo de um ficheiro XML de posições rádio e no Anexo \ref{list:a1:xmlRadioMapCluster} pode ser consultado um exemplo de um ficheiro XML de clusters.
\begin{figure}[!htb]
\centering
@@ -467,30 +441,34 @@ \subsection{Modo de Funcionamento}
\begin{figure}[!htb]
\centering
- \includegraphics[width=0.85\textwidth]{img/05_horus_flow_01.png}
+ \includegraphics[width=1\textwidth]{img/05_horus_flow_01.png}
\caption{Fluxograma do modo de funcionamento do nó móvel na localização.}
\label{fig:20:horusFlow01}
\end{figure}
-No fluxograma da Figura \ref{fig:20:horusFlow01} observamos o comportamento do nó móvel. Este nó está permanentemente a receber e guardar, mensagens de assinatura vindas dos nós fixos espalhados pela casa.
+No fluxograma da Figura \ref{fig:20:horusFlow01} observamos o comportamento do nó móvel. Este nó está permanentemente a receber e guardar mensagens de assinatura vindas dos nós fixos espalhados pela casa.
-No ramo esquerdo do fluxograma podemos observar o que acontece quando uma assinatura de um nó fixo é recebida. Se o nó móvel estiver em modo de calibração, utilizado durante a fase \textit{offline}, o nó verifica se houve mudança de posição e se existem nós estáticos suficientes para considerar a posição válida. Caso tal aconteça são calculados os parâmetros da função densidade de probabilidade normal correspondente às potências amostradas, calculando-se a média e o desvio padrão e o resultado é guardado no mapa rádio. Pelo contrário se estivermos na fase \textit{online} são apenas registados os valores do endereço e potência de sinal recebidos.
+No ramo esquerdo do fluxograma podemos observar o que acontece quando uma assinatura de um nó fixo é recebida. Se o nó móvel estiver em modo de calibração, utilizado durante a fase \textit{offline}, o nó verifica se houve mudança de posição e se existem nós estáticos suficientes para considerar a posição válida. Caso tal aconteça são calculados os parâmetros da função densidade de probabilidade normal correspondente às potências amostradas (calculando-se a média e o desvio padrão) sendo o resultado guardado no mapa rádio. Pelo contrário se estivermos na fase \textit{online} são apenas registados os valores do endereço e potência de sinal recebidos.
Quando não está no modo de calibração, o nó móvel usa um conceito de agendamento do \acs{OMNeT++} que permite agendar eventos, através de mensagens que são enviadas, num determinado tempo da simulação, para o próprio nó. Assim este conceito é usado para enviar periodicamente mensagens para o nó base para que este possa calcular a posição do nó móvel. Este comportamento está exemplificado na ramo direito do fluxograma.
+\clearpage
+
Por sua vez na Figura \ref{fig:21:horusFlow02} temos um fluxograma do modo de funcionamento do nó base. Este nó recebe de um nó móvel, por intermédio de um ou mais nós fixos, uma mensagem que contém as médias das potências de nós fixos, recebidas pelo nó móvel durante um determinado espaço de tempo. Assim quando o nó base recebe esta mensagem, ordena por potência de forma descendente e selecciona apenas os N primeiros, em que N representa o número de nós estáticos presentes em cada posição do mapa rádio.
-São então seleccionados os endereços dos dois primeiros nós estáticos da amostra que constituem a chave da amostra. Com a chave são obtidas as posições do \textit{cluster} cuja chave é igual à chave da amostra. Percorrendo então todas as posição obtidas é calculada para cada, a probabilidade do nó móvel estar nessa posição.
+São então seleccionados os endereços dos dois primeiros nós estáticos da amostra que constituem a chave da amostra. Com a chave são obtidas as posições do \textit{cluster} cuja chave é igual à chave da amostra. Percorrendo então todas as posições obtidas é calculada para cada uma, a probabilidade do nó móvel estar nessa posição.
Se a probabilidade for maior que zero então é guardada numa lista. Uma vez percorridos todas as posições se ainda não houver na lista pelo menos uma posição, decrementa-se o valor de N e torna-se a obter as posições do \textit{cluster} para novo cálculo. Se N chegar a zero então o processo acaba sem conseguir determinar uma posição para o nó móvel. Se houver uma posição então é efectuada a estimação de espaço contínuo através do centro de massa das posições e é calculada a média temporal de espaço contínuo com as últimas posições calculadas em amostras anteriores.
\begin{figure}[!htb]
\centering
- \includegraphics[width=0.80\textwidth]{img/05_horus_flow_02.png}
+ \includegraphics[width=0.85\textwidth]{img/05_horus_flow_02.png}
\caption{Fluxograma do modo de funcionamento do nó base na localização.}
\label{fig:21:horusFlow02}
\end{figure}
+\clearpage
+
\section{Mobilidade}
\label{chap:5:sec:5}
View
4 2_texto_principal/6_results.tex
@@ -4,9 +4,7 @@
\fancychapter{Resultados}
\label{chap:6}
-
-\section{Parâmetros de Configuração}
-\label{chap:6:sec:1}
+Neste capítulo são colocados resultados das simulações por forma a averiguar os algoritmos implementados.
\section{Caso de Estudo 1}
\label{chap:6:sec:2}
View
13 2_texto_principal/7_conclusions.tex
@@ -5,8 +5,17 @@
\fancychapter{Conclusões e Trabalho Futuro}
\label{chap:7}
-Aquilo que se deveria ter feito mas não se fez por alguma razão. Eventuais evoluções ou melhorias ao trabalho feito.
-Possibilidade do sistema auto-construir o radioMap com base em nos estaticos que conhecem a sua posicao.
+Com o intuito de obter uma simulação o mais fidedigna possível, foi necessário ao longo deste trabalho, encontrar soluções que não se limitassem a simular um ou outro aspecto do problema, mas sim o conjunto completo, de funcionalidades do sistema proposto.
+
+Grande parte do problema ficou resolvido com o \acs{MiXiM}, no entanto foi necessário encontrar um protocolo de encaminhamento adequado e um sistema de localização que conjuntamente permitissem criar um sistema completamente funcional de monitorização.
+
+Este trabalho permitiu assim desenvolver uma solução simulada de um sistema de monitorização de pessoas idosas, sem deixar de referenciar o hardware necessário e adquirir um conhecimento alargado do protocolo de encaminhamento \acs{AODV} e do sistema de localização HORUS.
+
+Futuramente poderá ser melhorado o protocolo de localização para que deixe de ser necessário existir uma fase offline, utilizando nós fixos que saibam a sua própria localização e que com isso criem de forma automática de periódica novos mapas rádio sem a necessidade de intervenção.
+
+Outra possibilidade interessante seria implementar no nó móvel um conjunto de camadas paralelo com rádio bluetooth ligando assim esse nó também a uma rede \acs{BSN} simulada, o que permitiria recriar no ambiente de trabalho eventos humanos que despoletassem mensagens, como aumento da temperatura ou batimento cardíaco.
+
+A melhoramento do modelo de obstáculos ou até mesmo a utilização de nós reais que permitissem chegar aos parâmetros do modelo também seria uma possibilidade interessante de trabalho futuro.
% Ensure that the next chapter starts in a odd page
\cleardoublepage
View
4 3_referencias-anexos/2_anexos.tex
@@ -6,6 +6,4 @@
\fancychapter{Apêndice 1 - Ficheiros XML de Configuração}
\label{annex:a}
-\input{3_referencias-anexos/anexoA}
-
-\cleardoublepage
+\input{3_referencias-anexos/anexoA}
View
29 3_referencias-anexos/anexoA.tex
@@ -4,14 +4,9 @@
<root>
<!-- ANALOGUE MODELS -->
<AnalogueModels>
- <AnalogueModel type="BreakpointPathlossModel">
- <!-- IEEE 802.15.4 path loss channel model -->
- <parameter name="alpha1" type="double" value="2"/>
- <parameter name="L01" type="double" value="40.2"/>
- <parameter name="breakpointDistance" type="double" value="8.0"/>
- <parameter name="alpha2" type="double" value="3.3"/>
- <parameter name="L02" type="double" value="58.8"/>
- <parameter name="carrierFrequency" type="double" value="2.4E+9"/>
+ <AnalogueModel type="SimplePathlossModel">
+ <parameter name="alpha" type="double" value="3.0"/>
+ <parameter name="carrierFrequency" type="double" value="2.412e+9"/>
</AnalogueModel>
<!-- we add a log-normal shadowing effect on top of the IEEE 802.15.4 path loss -->
<AnalogueModel type="LogNormalShadowing">
@@ -21,24 +16,14 @@
</AnalogueModel>
<!-- we add obstacle shadowing on top of the log-normal shadowing effect -->
<AnalogueModel type="SimpleObstacleShadowing">
- <parameter name="carrierFrequency" type="double" value="2.4E+9"/>
+ <parameter name="carrierFrequency" type="double" value="2.412E+9"/>
</AnalogueModel>
</AnalogueModels>
- <Decider type="Decider802154Narrow">
- <!--Length of Start Frame Delimiter (used to compute probability of successful synchronization)-->
- <parameter name="sfdLength" type="long" value="8"/>
-
- <!--minimum possible bit error rate (BER floor)-->
- <parameter name="berLowerBound" type="double" value="1e-8"/>
-
- <!--modulation type-->
- <parameter name="modulation" type="string" value="oqpsk16"/>
- </Decider>
</root>
\end{annex-code}
%XML CONFIG radio MAP
-\begin{annex-code}{Exemplo de ficheiro XML com mapa rádio para carregamento no nó móvel.}{list:a1:xmlRadioMap}
+\begin{annex-code}{Exemplo de ficheiro XML de configuração do mapa rádio.}{list:a1:xmlRadioMap}
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><radioMap maxPositionPDFsSize="4">
<position x="2" y="2">
<staticNodePDF address="1000" mean="-6.86524" stdDev="-2.39173"/>
@@ -79,7 +64,9 @@
</radioMap>
\end{annex-code}
-\begin{annex-code}{Exemplo de ficheiro XML com \textit{clusters} de posições para carregamento no nó móvel.}{list:a1:xmlRadioMapCluster}
+\clearpage
+
+\begin{annex-code}{Exemplo de ficheiro XML de configuração de \textit{clusters} de posições.}{list:a1:xmlRadioMapCluster}
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<radioMapClusters clusterKeySize="1">
<cluster>
View
21 3_referencias-anexos/referencias.bib
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}
+@INPROCEEDINGS{36,
+ author = {Wessel, Karl and Swigulski, Michael and K\"{o}pke, Andreas and Willkomm,
+ Daniel},
+ title = {MiXiM: the physical layer an architecture overview},
+ booktitle = {Proceedings of the 2nd International Conference on Simulation Tools
+ and Techniques},
+ year = {2009},
+ series = {Simutools '09},
+ pages = {78:1--78:8},
+ address = {ICST, Brussels, Belgium, Belgium},
+ publisher = {ICST (Institute for Computer Sciences, Social-Informatics and Telecommunications
+ Engineering)},
+ acmid = {1537713},
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+ doi = {10.4108/ICST.SIMUTOOLS2009.5555},
+ isbn = {978-963-9799-45-5},
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+ url = {http://dx.doi.org/10.4108/ICST.SIMUTOOLS2009.5555}
+}
+
@INPROCEEDINGS{6,
author = {Adam Williams and Dan Xie and Shichao Ou and Roderic Grupen and Allen
Hanson and Edward Riseman},
View
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- title = {{PEGASIS: Power-efficient gathering in sensor information systems}},
- year = {2002},
- volume = {3},
- author = {Lindsey, S. and Raghavendra, C. S.},
- booktitle = {Aerospace Conference Proceedings, 2002. IEEE},
- citeulike-article-id = {1598083},
- citeulike-linkout-0 = {http://dx.doi.org/10.1109/AERO.2002.1035242},
- citeulike-linkout-1 = {http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs\_all.jsp?arnumber=1035242},
- doi = {10.1109/AERO.2002.1035242},
- journal = {Aerospace Conference Proceedings, 2002. IEEE},
- keywords = {cluster, routing, wsn},
- pages = {3-1125--3-1130 vol.3},
- posted-at = {2008-01-13 14:01:34},
- priority = {3},
- url = {http://dx.doi.org/10.1109/AERO.2002.1035242}
-}
-
@ARTICLE{29,
author = {Lorincz, Konrad and Welsh, Matt},
title = {MoteTrack: a robust, decentralized approach to RF-based location
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timestamp = {2012.10.25}
}
+@INPROCEEDINGS{Wessel:2009:MPL:1537614.1537713,
+ author = {Wessel, Karl and Swigulski, Michael and K\"{o}pke, Andreas and Willkomm,
+ Daniel},
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Binary file not shown.
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2 resumo.tex
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% use section* for acknowledgement
\section*{Acknowledgments}
-Thanks to Michael Shell for the original \LaTeX\ template.
+%Thanks to Michael Shell for the original \LaTeX\ template.
% Can use something like this to put references on a page
% by themselves when using endfloat and the captionsoff option.

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