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Tese 3,4 MB - Técnico Lisboa

1. suportada em players para Windows Logo necess rio existirem dois m todos de visualiza o para dispositivos est ticos nas salas utilizado o t pico streaming de rede atrav s do VLC por exemplo e nos dispositivos da Apple s o utilizados os segmentos criados Ou seja de modo a se verificar uma sincroniza o perfeita entre o que se v numa sala e o que se v no smartphone foi criada uma aplica o em Java que de dois em dois segundos vai actualizando a lista de segmentos de forma a estar de acordo com o que est a ser visualizado na televis o Quando o v deo acaba e reiniciado reposta a lista inicial e o processo continua como anteriormente Posto isto quando o utilizador visualizar o v deo no seu dispositivo m vel ele est sincronizado com o que est a ser emitido na sala Num futuro pr ximo ser poss vel utilizar o VLC para apresentar directamente uma emiss o de v deo como se explicou para os dispositivos Apple pois ir ser criado um novo m dulo que permite realizar esse processo J existe uma vers o de desenvolvimento com essa componente mas ap s v rios testes realizados verificou se que o v deo n o era emitido correctamente logo essa ideia ficou sem efeito Para activar a visualiza o no equipamento m vel foi pensada a utiliza o de um m todo que n o fosse obstrutivo e aborrecido para o utilizador e que fizesse uso das funcionalidades do mesmo equipamento Como tal e gra as ao aceler m
2. o com o sistema E se ela esteticamente agrad vel a sua receptividade ainda maior por parte 18 da pessoa em questao 3 1 5 Gest o de perfis A utiliza o de perfis para os utilizadores j se verificava na arquitectura iDASH Como tal esta componente foi mantida e foi criado um novo processo para um utilizador se identificar na casa inteli gente Isto permite que sejam criados determinados perfis para v rios utilizadores e quando um deles se identifica automaticamente s o activados os servi os definidos para ele 3 1 6 Poupan a de energia Nos equipamentos m veis multifuncionais importante reduzir o consumo energ tico ao m ximo pos s vel pois os mesmos s o alimentados por baterias e t m mais servi os aplica es a consumir recursos Como tal teve de se ter muita aten o utiliza o de sockets bem como aloca o de mem ria e de recursos de udio de modo a tentar minimizar as consequ ncias energ ticas 3 1 7 Gest o de eventos Quando for gerado um evento no equipamento m vel este dever ser enviado para todos os outros dis positivos iDASH da casa de modo a todos saberem das altera es que est o a ocorrer num determinado momento Os eventos que forem recebidos tamb m dever o ser encaminhados para o m dulo respons vel pelo tratamento 3 1 8 Utiliza o dos sensores Os sensores existentes no smartphone permitem diversificar a forma de interac o do utilizador com a smart h
3. o de sistemas dedicados Sensoriza o directa Um dos projectos em an lise que n o utiliza um telefone celular multifuncional seja como n parti cipativo ou como interface o Accurate fast fall detection using gyroscopes and accelerometer derived posture information 8 Neste projecto s o utilizados girosc pios e dois aceler metros tri axiais que s o colocados em diferentes locais do corpo do utilizador de modo a detectar quedas do mesmo Por forma a obter resultados mais satisfat rios as actividades humanas foram divididas em duas categorias as posturas est ticas e as transi es din micas Em rela o s posturas est ticas s o definidas quatro posi es sentado em p dobrado e deitado A outra categoria as transi es din micas dizem respeito aos movimentos efectuados entre as diferentes posturas especificadas anteriormente Para a detec o de uma queda medida a velocidade angular bem como a acelera o linear Desta forma verificada a intencionalidade de um movimento Ou seja se uma transi o nao for intencional o sistema detecta que houve uma queda Neste trabalho tentaram se tamb m reduzir os falsos positivos e os falsos negativos Neste cen rio um falso positivo pode ser o movimento que uma pessoa faz ao sentar se rapidamente e um falso negativo pode ser uma queda nas escadas acontecendo que esta ltima n o seria detectada pois o indiv duo estaria a descer as escadas Uma das desvanta
4. Instalar o VLC 5 Instalar o tinyOS Dever ser feito o download do site http sing stanford edu tinyos dists ubuntu e dever ser seguido o tutorial http docs tinyos net tiny wiki index php Installing TinyOS 2 1 14Two step install on your host OS with Debian packages 6 Instalar o Pyro Python Remote Objects o qual pode ser descarregado do site http irmen home xs4all nl pyro 7 Copiar o que est na pasta home leme Homesense Framework python libs para a pasta usr lib pythonx dist packages 8 Instalar o pacote ubuntu restricted extras 9 Instalar o pacote non free codecs 10 Instalar o pacote python cwiid para o WiiMote Port til leme mb1 Windows 1 Depois de instalar o Windows efectuar todas as actualiza es que ele recomendar 2 Instalar o VLC 3 Instalar o Python 4 Instalar o Pyro Python Remote Objects o qual pode ser descarregado do site http irmen home xs4all nl pyro Router tmn rt4 OpenWRT 76 1 Depois de instalar o OpenWRT efectuar todas as actualiza es que ele recomendar 2 Instalar o Pyro Python Remote Objects o qual pode ser descarregado do site http irmen home xs4all nl pyro 3 Copiar o que est na pasta home root iDASHv3 Framework python libs para a pasta usr lib pythonx dist packages 4 Instalar o pacote heyu iPod 2G iOS 4 2 1 1 Compilar o c digo atrav s do Xcode no computador de desenvolvimento com as op es Device
5. o Wi Fi Caso seja utilizado um iPhone o qual j possui suporte para liga es de dados 3G esta apenas ser utilizada numa liga o remota e caso n o exista liga o Wi Fi 3 5 Camada de aplica es Nesta camada al m de estar presente tanto a interface para o smartphone como a interface web j criada foram inseridas duas novas aplica es A primeira permite a visualiza o e ou audi o de conte dos multim dia sejam eles v deo ou udio Esta funcionalidade proporciona ao utilizador a possibilidade de deslocar se dentro da casa inteligente e poder continuar a visualiza o audi o dos conte dos atrav s do pr prio equipamento m vel A outra aplica o permite a partilha de tarefas entre os residentes da casa Estas podem ser criadas atrav s de um calend rio o qual sincroniza com os outros dispositivos iDASH da casa De modo a n o limitar a visualiza o destas tarefas apenas a pessoas com o equipamento m vel poss vel visualiz las 25 atrav s da interface web numa televis o por exemplo 26 Implementacao Esta sec o est dividida em duas partes onde na primeira sao apresentados os objectivos e algumas condicionantes a ter em conta no desenvolvimento desta solu o Na segunda parte explicado todo o desenvolvimento feito de modo a criar uma solu o est vel e funcional S o tamb m explicadas as v rias hip teses consideradas no desenvolvimento de cada funcionalidade 4 1 Amb
6. pretende se migrar para a plataforma m vel a solu o de middleware iDASH sem efectuar qualquer tipo de altera o ao mesmo Devido mobilidade permitida por estes telefones celulares tamb m essencial a introdu o de funcionalidades que permitam a interac o remota com o ambiente dom stico Contudo n o nos podemos esquecer das capacidades inerentes aos smartphones tais como os sensores existentes no seu interior Deste modo pretende se tamb m o desenvolvimento de aplica es que utilizem essa capacidade sensorial integradas no smart home Concluindo de uma forma resumida os objectivos desta tese s o os seguintes e Estender o iDASH aos smartphones e Desenvolver um sistema inteligente de controlo e monitoriza o de uma casa inteligente atrav s de um telefone celular multifuncional e Possibilitar a interac o remota com o ambiente residencial inteligente permitindo a realiza o de todas as tarefas como se o utilizador estivesse mesmo na casa e Criar novas aplica es para o telefone celular que se integrem no sistema existente 1 2 Organiza o da disserta o O presente documento segue uma estrutura onde seguidamente a esta sec o da introdu o des crito o estado da arte na rea Inicialmente analisado e explicado de uma forma resumida o middleware existente que foi utilizado para o desenvolvimento deste projecto De seguida s o analisadas as prin cipais utiliza es de sensores
7. 802 11 b g Autonomia da bateria At 6h em video e 36h em udio Bluetooth 2 1 Processador 620MHz ARM 1176JZ F S core Mem ria RAM 128 MB Sensores Luz aceler metro proximidade microfone Tabela A 1 Caracter sticas do equipamento m vel utilizado A 3 Inqu rito de usabilidade Para a realiza o do inqu rito de usabilidade foi definido um conjunto de tarefas que deveriam ser realizadas por pessoas an nimas e sem qualquer conhecimento do sistema As tarefas definidas foram as seguintes 1 iniciar a aplica o iDASH no smartphone e identificar se 2 iniciar a visualiza o de v deo no smartphone 3 mudar de sala 4 desactivar o servi o de multim dia associado ao utilizador 5 visualizar a aplica o atrav s da interface Web 6 criar uma tarefa atrav s da aplica o de Mordomo Digital 7 7 sair de casa No final da execu o das tarefas os utilizadores tinham sua disposi o um inqu rito com as seguintes quest es Aplica o iDASH no smartphone Qual a facilidade de compreens o Qual a facilidade de configura o dos servi os dispon veis Qual a adequa o da resposta ao sistema Como classifica a est tica da interface Gt vips im bs E Qual a utilidade da detec o do perfil atrav s da voz 78 6 Qual a utilidade da detec o do contexto atrav s dos ultras sons 7 Qual a comodidade deste sistema 8 Qual a utilidade do funcionamento remoto 9 Como
8. a certas pessoas atrav s de SMS 1 Device accelerometer x 8B OMG 3 46em 2 Users utilize map to view wreck information Wreck Image Options View Images Upload Image Cancel 3 Users can upload or view images of the wreck Figura 2 3 Exemplo da utiliza o da aplica o WreckWatch 2 3 Suporte detec o de contexto Para a detec o do contexto num determinado ambiente inteligente importante a possibilidade de verificar a localiza o onde um utilizador se encontra de uma forma precisa Neste sentido ir ser melhorada a forma como a mudan a de contexto feita actualmente no projecto iDASH onde tem de ser o pr prio utilizador a efectuar atrav s da identifica o numa localiza o diferente 11 Para tal foram estudadas as diversas formas que existem para realizar esse processo que pode ser atrav s de GPS Wi Fi Bluetooth entre outros m todos Este processo de localiza o dentro de edif cios tem sido objecto de investiga o e estudos nos ltimos tempos isto porque a localiza o atrav s de GPS funciona perfeitamente em espa os abertos o que n o se verifica numa habita o Como tal tem se vindo a evoluir muito nesta rea seja atrav s dos m todos referidos no par grafo anterior ou mais recentemente atrav s dos ultra sons Cada um destes m todos de detec o apresenta vantagens e desvantagens embora a detec o por ultra sons tenha apresentado os melhores resultado
9. aviso ou de uma vibragao A maioria das solu es existentes para monitoriza o de idosos e que est o especificadas mais abaixo utilizam aceler metros mas existem outras como a utiliza o de um dispositivo crach que transpor tado pelo utilizador e que funciona como uma bridge entre a rede e o utilizador 7 Mas irao ser focados apenas os projectos que utilizem aceler metros pois estes est o presentes em muitos dos smartphones que se utilizam hoje em dia Em rela o a este ltimo ele pode ser utilizado como uma interface ou como um n participativo na rede Na situa o em que utilizado como interface ele apenas tem a fun o de leitura amostragem de informa o ou seja n o tem qualquer fun o activa na rede No caso de ser utili zado como um n participativo ele um elemento activo na rede podendo por exemplo utilizar as suas capacidades sensoriais para determinadas ac es e informar a rede de determinadas situa es ou seja despoletar eventos Os trabalhos realizados em que o dispositivo m vel tem apenas uma fun o passiva ou seja utilizado como uma interface n o foram tidos em conta pois neste projecto o smartphone ir ter uma participa o activa no sistema isto ser o utilizadas muitas das suas capacidades para diversas ac es Contudo tamb m ir ser criada uma interface gr fica que permita a interac o do utilizador com o sistema tal como acontece no iDASH 2 2 1 Utiliza
10. base o DASH que assenta numa arquitectura distribu da e modular ou seja composto por um conjunto de m dulos distribu dos permitindo uma melhor adapta o limita o de recursos dos diversos dispositivos onde pode estar a funcionar Esta solu o pretende eliminar do utilizador as complexas e aborrecidas tarefas de administra o presentes em muitas outros sistemas Al m de permitir uma total transpar ncia ao n vel dos dispositivos conectados isto que se verifique uma total interoperabilidade entre diferentes dispositivos A utiliza o de diferentes tecnologias igualmente transparente para as aplica es No desenvolvimento do DASH foram criados os m dulos essenciais ao seu funcionamento tais como a parte de tratamento de eventos a componente de comunica o o m dulo de pesquisa de servi os Posteriormente o iDASH veio acrescentar os m dulos de gest o de contexto de perfil e de liga es bem como uma interface web de gest o Estes novos m dulos permitiram identificar v rios utilizadores na mesma casa m dulo de gest o de perfil bem como transportar os servi os que o utilizador estava a utilizar numa localiza o para onde ele se mova m dulo de gest o de contexto O m dulo de gest o de liga es permite utilizar a tecnologia mais adequada quando se verifica a exist ncia de mais do que uma que interliga um dispositivo A interface web veio permitir facilitar a altera o de par metros associados ao
11. comprovar a viabilidade deste projecto junto de utilizadores sem qualquer conhecimento que poderiam adoptar este sistema Este processo foi elaborado atrav s de um inqu rito Na figura 5 1 est demonstrado o cen rio de teste utilizado na tese iDASH o qual se mant m para este projecto http gems leme org pt 48 Sala 1 4 14 Sala 1 4 16 Candeeiro Internet Router 1 Ethernet D Ethernet MoCA PIR Buzzer Figura 5 1 Cen rio de teste utilizado no iDASH Contudo neste cen rio ser adicionado um iPod que poder viajar entre as duas salas Na sec o seguinte s o apresentados os cen rios de utiliza o que ser o testados para validar esta solu o Estes diferentes cen rios foram pensados de modo a representarem o mais poss vel uma utiliza o normal de um utilizador que possua este sistema em sua casa 5 2 1 Cen rio de teste Os cen rios abaixo descritos foram utilizados para efectuar as demonstra es com utilizadores reais sem conhecimento do sistema De seguida passa se a identificar os mesmos O utilizador entra em casa e identifica se Isto o smartphone pede lhe para indicar a sua identifica o e o utilizador diz o seu nome e o seu c digo Ao detectar a aplica o transforma a voz em texto e verifica se corresponde ao utilizador em quest o Ao confirmar a validade da informa o se estiver correcta a sala que o local onde o utilizador se encontra actualmen
12. e Release seleccionadas 2 Ligar o smartphone na mesma rede do computador de desenvolvimento 3 No computador atrav s da consola aceder pasta do projecto e depois aceder pasta build Rele ase 4 Na consola introduzir o comando seguinte onde dever ser substitu do o campo lt ip do ipod gt pelo endere o IP do iPod scp r Homesense app mobile lt ip do ipod gt Applications 5 A password alpine A 1 2 Utiliza o De modo a utilizar o middleware iDASH dever ser seguida a seguinte lista de procedimentos 1 Ir para a pasta home leme Homesense em todos os equipamentos iDASH que s o os dois compu tadores presentes na sala 1 4 14 o computador presente na sala 1 4 16 e o router tmn rt4 presente na sala 1 4 16 2 Nessa mesma pasta correr o script de arranque do seguinte modo startiDASH sh Desta forma todos os equipamentos estar o a correr o middleware 3 No smarphone basta seleccionar a aplica o Homesense Quando esta arrancar o utilizador dever se identificar de acordo com as informa es que forem aparecendo A 2 Caracter sticas do equipamento m vel para teste Na tabela A T s o apresentadas as caracter sticas do iPod que foi utilizado para todo o desenvolvi mento deste projecto assim como para os testes que foram realizados no final 77 Material do visor Vidro Sistema operativo iOS 4 2 1 Capacidade 8 GB Wifi
13. e utilizar todo este sistema A 1 1 Instala o Para ter o middleware iDASH a funcionar em todos os dispositivos ser necess rio as configura es descritas de seguida Servidor idash server Linux 1 Depois de instalar o Ubuntu efectuar todas as actualiza es que ele recomendar 2 Instalar o pacote Build essential 3 Instalar o pacote java adicionar reposit rios caso n o estejam 4 Instalar o VLC 5 Adicionar o reposit rio apt add repository ppa johnf inodes segmenter e instalar o pacote segmen ter 6 Instalar o Pyro Python Remote Objects o qual pode ser descarregado do site 75 http irmen home xs4all nl pyro 7 Copiar o que est na pasta home leme Homesense Framework python libs para a pasta usr lib pythonx dist packages 8 Instalar o pacote ubuntu restricted extras 9 Instalar o pacote non free codecs 10 Fazer o download do site da Phidget do driver para o PhidgetRFID Depois ao instalar se pedir uma biblioteca libusb instalar o libusb dev 11 Copiar a pasta resultante para a pasta dist packages 12 Efectuar o download e instala o do software para o squeezebox server atrav s do site http downloads slimdevices com SqueezeboxServer _v7 6 1 Port til leme mb06 Linux 1 Depois de instalar o Ubuntu efectuar todas as actualiza es que ele recomendar 2 Instalar o pacote Build essential 3 Instalar o pacote java adicionar reposit rios caso n o estejam 4
14. frequ ncias e para a integrar na aplica o de controlo da casa inteligente Ao registar sons a aplica o aplica a cada sinal sonoro uma FFT4 e os valores retirados desse processo s o analisados Se se detectar num desses valores que correspondem s frequ ncias detectadas uma das frequ ncias utilizadas para a identifica o das salas ent o esse valor guardado num vector Posteriormente quando o vector possuir quatro valores analisado de modo a verificar se corresponde a alguma das salas Neste processo foi necess rio definir um algoritmo em que apenas necess rio detectar correctamente tr s s mbolos do http developer apple com library ios samplecode aurioTouch Introduction Intro html http en wikipedia org wiki Fast Fourier transform 34 identificador No diagrama 4 5 esta apresentado o diagrama de estados N Sim Verificar se Sim ar pd Colocar no vector i em 3 tenqu ncias pp Comespordo 3 do E 08 Sp para nova A S iccataactiog ai Ps localiza o Figura 4 5 Diagrama de estados da detec o de contexto Este m todo foi essencialmente criado para fazer face uma poss vel falha na detec o de algum s mbolo devido a ru do de outros sons Se se verificar que a sequ ncia de frequ ncias detectada um identificador v lido ent o verificado se houve mudan a de local pois o dispositivo guarda em mem ria a sala onde est Se houve mudan a ent o s o enviadas as r
15. inteligente seja para amostrar algumas informa es ou para realizar ac es tal como a interface que possui o iDASH e passa tamb m pela possibilidade de efectuar toda esta interac o remotamente Na tabela 2 2 est o sintetizados todos os projectos estudados real ando as caracter sticas relevantes para este projecto Para efectuar uma compara o entre os diferentes projectos e aplica es foram consideradas as seguintes caracter sticas e O tipo de sensor e A finalidade do projecto Uma observa o adicional identificando se se trata de uma aplica o ou de um projecto e A localiza o do sensor O tipo de sensoriza o 14 Nome Sensor Fim Observa o Localiza o do Tipo de sensor sensoriza o SensorFall Aceler metro Detec o de Aplica o Pessoa Directa quedas PDA Fast Fall Girosc pio Detec o Projecto Pessoa Directa Detection aceler metro de quedas Wreck Watch Receptor GPS Detec o de Aplica o PDA Directa aceler metro acidentes PDA Predi o de Actigraph Predi o de Projecto Pessoa Directa actividade watch com actividades di rias aceler metro di rias I m Home Visor Controlo da Aplica o PDA Directa casa TV Estimation of Ambiente Detec o de Projecto Casa Indirecta Indoor Physical som problemas de Activity satide Activity Rec Aceler metro Detec o de Projecto PDA Directa using Cell Phone actividades Accelerometers
16. logo for ada a paragem da aplica o de modo a libertar mem ria e capacidade de processamento Isto acontece pois estes equi pamentos da Apple fazem uma gest o autom tica da mem ria e do processador de modo a evitar que 53 uma nica aplica o esgote todos os recursos desses equipamentos Na figura 5 9 poss vel visualizar a percentagem de perda de pacotes que vai acontecendo medida que s o enviados os pacotes Perda de pacotes 100 00 90 00 80 00 7 sahil gt Paragem da aplica o 60 00 50 00 40 00 Tempo de resposta ms 30 00 20 00 10 00 0 00 O 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 N mero de pacotes enviados Perda de pacotes Figura 5 9 Perda de pacotes na recep o de rajadas sem intervalo A perda de pacotes cada vez mais significativa ao longo do tempo isto porque o dispositivo m vel multifuncional n o consegue processar tantos pacotes como os que recebe pois de certo modo limitado ao n vel de processador e mem ria Apesar de verificar uma certa estabiliza o nos 85 de pacotes perdidos esta situa o n o importante pois logo de seguida a aplica o for ada a parar O que se pode concluir deste teste apesar de ser um teste pouco razo vel pois uma situa o destas nunca acontecer numa casa inteligente que o equipamento m vel n o consegue processar tantas men sagen
17. mesma estrutura do m dulo original e tamb m s o enviadas para o porto espec fico do xPL o porto 3865 D Gest o de contexto O componente de gest o de contexto foi indispens vel para a resolu o de quest es sem nticas e para a cria o de um estado global do ambiente inteligente Este m dulo tamb m respons vel pela cria o e tratamento de eventos E Gest o de perfil O m dulo de gest o de perfis importante pois permite a defini o de v rios aspectos do ambiente dom stico consoante a pessoa em quest o Ou seja permite a adapta o do ambiente ao desejo da pessoa que est a usufruir do espa o em determinado momento O smartphone do utilizador tem o perfil do mesmo associado e conforme o utilizador entra no espa o em quest o e quando o dispositivo m vel se conecta ao ambiente inteligente ele pr prio despoleta um evento por forma a adequar o ambiente ao perfil do utilizador Este foi um dos componentes que j foi desenvolvido no iDASH como tal foi interessante mant lo por forma a ver as potencialidades do sistema atrav s do uso de um telefone celular multifuncional F Aplica es Este componente refere se s aplica es e interfaces de interac o com o sistema No iDASH foi desenvolvida uma interface que permite interagir com o sistema permitindo configurar par metros visualizar o estado dos dispositivos presentes no sistema e acima de tudo facilitar a utiliza o do sistema por parte do utili
18. o iDASH grupo A interface web grupo B mordomo digital grupo C e sistema grupo D de modo a avaliar se cada uma destas componentes isoladamente As perguntas realizadas foram as seguintes Aplica o iDASH no smartphone Qual a facilidade de compreens o Qual a facilidade de configura o dos servi os dispon veis Qual a adequa o da resposta ao sistema Como classifica a est tica da interface Qual a utilidade da detec o do perfil atrav s da voz Qual a utilidade da detec o do contexto atrav s dos ultra sons Qual a comodidade deste sistema Qual a utilidade do funcionamento remoto SOU 100 Caso OB LOU eo GO CO ora Como classifica a clareza da organiza o da aplica o 10 Como classifica a clareza e s ntese das mensagens de erro apresentadas pela aplica o Interface web 11 Como classifica a est tica da interface Web 12 Qual a utilidade da visualiza o das tarefas do Mordomo Digital na interface Web 13 Qual a facilidade de utiliza o 14 Qual a facilidade em perceber que dispositivos est o a controlar a casa 15 Qual a facilidade em perceber que utilizadores podem usufruir do sistema Mordomo digital 16 Qual a utilidade desta aplica o 17 Qual a facilidade de utiliza o 18 Qual a facilidade de utiliza o por controlo remoto 19 Qual a adequa o do usufruto do mordomo digital no sistema Sistema 20 Como classifica a clarifica o da informa o forne
19. pedir os seus servi os Se o utilizador seleccionar um servi o lhe apresentada uma mensagem de informa o sobre esse mesmo Outra das funcionalidades permitidas por esta janela a possibilidade de activar desactivar um servi o Ao clicar na op o que estiver dispon vel criada uma mensagem pelo m dulo de gest o de contexto que ir realizar a ac o pretendida Na janela de controlo de ilumina o o utilizador pode alterar o valor da intensidade da localiza o onde se encontra De modo a n o estar continuamente a enviar novos valores foi utilizado um temporizador para registar os valores de 2 em 2 segundos Ao registar uma altera o no valor da intensidade actual ent o criada uma nova mensagem de controlo enviada para o dispositivo em quest o Em rela o ao mordomo digital o utilizador pode criar uma nova tarefa ou pedir ao servidor para actualizar a sua lista Ao criar uma nova criada uma mensagem que enviada a todos equipamentos iDASH que a guardam num ficheiro XML Se o utilizador pretender actualizar a sua lista de tarefas enviada uma mensagem a pedir ao servidor para verificar se existem novas Finalmente na janela de sa da apresentada uma mensagem ao utilizador para ele confirmar se pretende mesmo sair Se sim ent o verificada a localiza o onde ele se encontra ou encontrava s o 40 criadas as v rias mensagens para indicar casa inteligente que ele vai sair Apenas necess rio
20. sejam eles aceler metros girosc pios microfones entre outros nas casas inteligentes Posteriormente feita uma breve an lise das t cnicas existentes para a localiza o dentro de edif cios de onde se retiram conclus es relativamente precis o e ao custo das mesmas Finalmente s o discutidas todas as sec es de onde foram retiradas conclus es importantes para o desenvolvimento deste trabalho No terceiro cap tulo proposta a arquitectura da solu o desenvolvida bem como os seus requisitos Foi tamb m explicada a funcionalidade de cada componente da mesma de modo a tornar totalmente perceptivel a finalidade pretendida No cap tulo seguinte apresentada toda a implementa o feita para o desenvolvimento deste projecto Ap s demonstrar o funcionamento de cada componente bem como a sua implementa o s o discutidas outras alternativas existentes e s o tamb m apresentadas as raz es das op es tomadas No quinto cap tulo apresentada a avalia o e a valida o do trabalho Nesta sec o est o descritas as m tricas utilizadas para testar a solu o bem como o cen rio de teste S o tamb m apresentados os resultados obtidos de todos os testes realizados Adicionalmente demonstrado um inqu rito que foi apresentado a v rias pessoas an nimas e sem qualquer conhecimento do trabalho desenvolvido assim como os resultados e as conclus es retiradas Por fim no sexto e ltimo cap tulo s o apresent
21. verificar a localiza o neste ltimo caso pois na janela de servi os e de controlo de ilumina o s o apresentados apenas os servi os do local onde o utilizador se encontra Todas estas mensagens s o enviadas atrav s do m dulo de gest o de eventos espostfica Figura 4 10 Fluxo de informa o entre os diferentes m dulos no caso da cria o de uma mensagem 4 3 6 Interac o remota Esta funcionalidade vem permitir o controlo e a monitoriza o da casa inteligente fora da mesma Deste modo o utilizador pode ligar se sua casa desde que tenha uma liga o de dados activa no seu dispositivo m vel e a partir da fazer todo o processo como se se encontrasse na mesma Esta situa o particularmente interessante para quando ele se esquece de algo ligado em casa e desta forma pode desligar o servi o Inicialmente pensou se numa solu o que passava pelo uso de uma VPN contudo a inicia o paragem desta seria um processo que n o poderia ser automatizado pois teria de ser activado pelo pr prio utilizador no dispositivo m vel Al m de mais seria computacionalmente mais pesada o que levaria a um maior 41 consumo de bateria Posto isto pensou se ent o numa solu o mais simples que passa pelo envio dos dados para o endere o p blico da casa inteligente Estes ao serem detectados no router de casa sao encaminhados para um servi o de proxy e este mesmo distribui a informa o para todos os dispo
22. 10 pp 1 8 Online Available http ieeexplore ieee org xpls abs_all jsp arnumber 5648235 6 P Report SMARTHOMEAPPLICATIONSF OR Computer 2010 7 S Hussain S Schaffner and D Moseychuck Applications of wireless sensor networks and rfid in a smart home environment in 2009 Seventh Annual Communication Networks and Services Research Conference Moncton New Brunswick Canada IEEE 2009 pp 153 157 Online Available http www computer org portal web csdl doi 10 1109 CNSR 2009 32 8 Q Li J Stankovic M Hanson A Barth J Lach and G Zhou Accurate fast fall detection using gyroscopes and accelerometer derived posture information 2009 Body Sensor Networks pp 138 143 2009 Online Available http www computer org portal web csd1 doi 10 1109 BSN 2009 46 73 9 R Srinivasan C Chen and D Cook Activity Recognition using Actigraph Sensor vol 7 2010 Online Available http eecs wsu edu cook pubs kdd10p3 pdf 10 J Kwapisz G Weiss and S Moore Activity recognition using cell phone accelerometers ACM SIGKDD Explorations Newsletter vol 12 no 2 pp 74 82 2011 Online Available http portal acm org citation cfm id 1964918 11 F Moiz W D L Salas and Y Lee Motion Tracking for Smart Home Care pp 2 2 12 H Lee J Park and A Helal Estimation of Indoor Physical Activity Level Based on Footstep Vibr
23. 865 sendo esta recep o respons vel pelo m dulo de comunica o Inicialmente ele verifica se a mensagem tem a estrutura de uma mensagem iDASH se tal acontece esta encaminhada para o m dulo de tratamento de eventos caso contr rio descartada O passo seguinte passa pela verifica o do tipo de mensagem Se esta estiver relacionada com servi os ou seja se for uma lista dos servi os dos outros dispositivos iDASH ou se for uma mensagem de activa o desactiva o de um servi o ela encaminhada para o m dulo de descoberta de servi os onde actualizada a lista dos mesmos de modo a ser apresentada Caso a mensagem seja do tipo de altera o do ambiente como a intensidade da ilumina o ou de indica o de entrada sa da de um utilizador esta tratada directamente no m dulo de gest o de eventos Nestes tipos de mensagens os valores obtidos s o registados directamente na aplica o de modo a manter o estado da casa inteligente enquanto ela estiver a funcionar 39 egistar a entradi saida de outro utilizador Figura 4 9 Fluxo de informa o entre os diferentes m dulos no caso da recep o de uma mensagem Na figura 4 10Jest representado o fluxo de informa o quando criada uma mensagem para o iDASH Este diagrama est dividido consoante as janelas que existem na aplica o Quando o utilizador clica na janela de servi os enviada uma mensagem para todos os equipamentos da casa inteligente a
24. Motion Tracking C maras Interpreta o de Projecto Casa Directa for Smart Home movimentos Care Kinect C mara Interpreta o de Aplica o Casa Directa movimentos Treinador C mara Detec o da Aplica o Casa Directa virtual de yoga ambiente actividade indirecta corporal Tabela 2 2 Compara o entre projectos e aplica es A tabela acima apresentada pretendeu sintetizar e demonstrar que se est a investir e desenvolver cada vez na rea dos sensores para monitorizar diversas situa es que ocorrem no nosso dia a dia Pode se tamb m verificar que os sensores tipicamente utilizados para este processo existem geralmente nos smartphones o que tem vindo a gerar um desenvolvimento cada vez maior na rea de integra o destes dispositivos com a monitoriza o do dia a dia 15 Concluindo fez todo o sentido o desenvolvimento deste projecto permitindo a continua o da evolu o na rea das casas inteligentes transportando o controlo e a monitoriza o para os dispositivos m veis 16 Arquitectura Neste cap tulo ir ser descrita a arquitectura do sistema que foi implementada bem como tamb m ir o ser analisados os requisitos que essa arquitectura teve de cumprir por forma a cumprir os objectivos delineados Com esta arquitectura pretendeu se manter os m dulos existentes da arquitectura iDASH j desen volvida de modo a garantir uma total transpar ncia Contudo pretendeu se tamb m que fosse po
25. S PS N mero de pacotes enviados Tempo de resposta consoante o pacote enviado aleatoriamente ms Figura 5 18 Tempo de resposta ao envio de pacotes com intervalos aleat rios atrav s de uma rede externa Na figura pode se verificar que o comportamento do telefone m vel foi sensivelmente o mesmo ao 61 longo de todo o teste Ou seja nao se verificou a paragem da aplica o e os valores obtidos foram pr ximos dos 600 700 ms Considerando que n o temos qualquer controlo sobre os equipamentos localizados entre as duas redes estes valores s o perfeitamente aceit veis Contudo numa utiliza o remota estes valores poder o ser bastantes diferentes j que o utilizador pode se ligar a qualquer rede podendo serem muito complexas e com muitos equipamentos Em termos de perda de pacotes neste cen rio esta situa o n o se verificou pois foram todos recebi dos e devolvidos origem Isto deve se ao facto do equipamento ter o tempo necess rio para processar e voltar a enviar cada pacote 5 3 7 Consumo de bateria Um componente de extrema import ncia num smartphone a bateria Pois esta n o eterna e tem de ser feita uma gest o adequada de modo a optimizar ao m ximo o seu consumo De modo a analisar o consumo de bateria provocado pelas aplica es criadas foi criada uma aplica o que permitia obter a percentagem de bateria dispon vel quando esta se alterava e guardar esse valor juntamente com a data e hora em qu
26. Sa da da esquerda para a direita respectivamente ooa a ee 31 gd q 32 DO po pv 34 Mae Pao POSSAS RR SR RR ee DD O 35 4 6 Arquitectura de um servidor de live streaming para um dispositivo Apple 36 ada 37 TPST 38 4 9 Fluxo de informa o entre os diferentes m dulos no caso da recep o de uma mensagem 40 4 10 Fluxo de informa o entre os diferentes m dulos no caso da cria o de uma mensagem 41 LRA GRE AR a Owed EEE Lee eS ES 42 fod bh Rede Gee Goa ae amp at A 42 4 13 Diagrama de funcionamento do proxy 2 2 a 43 EGE DA SAO APR Para TE q teens 45 4 15 Actualiza o do cliente com novos dados do servidor 2 2 2 eee eee 46 5 1 Cen rio de teste utilizado no iDASH flfJ 2 2 ee ee ee 49 9 2 Cen rio 1 Detec o de perfil 2 ee 50 xi 53 Cen rio 2 Detec o de contato visualiza o de contordos multim dia no smariphond 50 9 4 Cen rio 3 Visualiza o de tarefas atrav s do servi o de mordomo digital 51 Sn tee eS Se Be Ge EEEE EEEREN 51 RA dead da aa ED 52 52 Rana ui pda 53 po RE ae OS EE ee ee ES 54 PR era 55 OMe a ee oe ke ea o E AD E 56 ope a e 57 Loeb RS E ADO eee BS pp a O 58 Sd de ADA 58 Pt E E eai eee a RS 59 e we 60 Le ee ae E EEEE EEE E E S 61 61 Dia o do de 62 RI NR 63 Cry porra dada 66 ee 67 xii Lista de Tabelas Z1 Compara o entre m todos de posicionamento atrav s de smartphones Bl 12 boule SR sehen an n
27. a Foi necess rio definir as frequ ncias a usar tendo em conta que deveriam ser o menos aud vel poss vel e que o equipamento m vel as conseguisse detectar Tipicamente o ouvido humano consegue detectar sons at os 18 000 Hz logo pensou se em come ar em frequ ncias na ordem dos 20 000 Hz Foram definidas oito frequ ncias e cada uma identifica um s mbolo ou um valor Foram estabelecidas as seguintes frequ ncias 33 Frequ ncia de som S mbolo enviado Frequ ncia de som S mbolo enviado 19800 0 20600 4 20000 1 20800 5 20200 2 21000 6 20400 3 21200 T Tabela 4 1 Correspond ncia entre frequ ncias de som utilizadas e s mbolos enviados Para uma das salas foi criado o identificador 0246 e para a outra o identificador 1357 Ou seja cada sala estar a emitir continuamente os s mbolos dos respectivos identificadores atrav s de sons nas respectivas frequ ncias Neste ponto cada sala capaz de emitir a sua identifica o Na figura apresentado um mapa onde se pode ver a cobertura dos sinais emitidos Esta deve ser de tal modo eficiente que possa permitir que a detec o seja feita mal se entre na sala Figura 4 4 Cobertura obtida pelos ultra sons nas localiza es de teste Em rela o identifica o por parte do smartphone foi utilizada a aplica o aurio Touch desenvol vida pela Apple onde o dispositivo est continuamente escuta a qual foi alterada de modo a se conseguir analisar as
28. a de pacotes ou paragem na aplica o Isto permite concluir que o equipamento m vel utilizado para os testes consegue realizar sem qualquer proble mas as mesmas fun es que um computador ou um router que s o computacionalmente mais evolu dos Como tal pode se afirmar que estes testes foram bastante satisfat rios apesar das limita es inerentes ao smartphone Outra situa o que se verificou foi o elevado consumo de bateria quando todas as aplica es servi os est o em funcionamento Este cen rio acaba por ser normal pois estas aplica es t m uma execu o complexa e pesada em termos de recursos essencialmente para o processamento da voz e para a captura de ultra sons sendo que nesta ltima aplicada uma FF T Contudo importante salientar que tipicamente numa utiliza o normal este cen rio ocorrer apenas durante alguns segundos ou 1 2 minutos pois as nicas aplica es servi os que continuar o em utiliza o ser o a aplica o iDASH e a conectividade wireless 5 4 Testes de usabilidade Para efeitos de avalia o do sistema na perspectiva do utilizador seleccionou se uma amostra de 10 alunos ao acaso do Instituto Superior T cnico potenciais utilizadores do sistema com idades compreen didas entre os 19 e os 27 anos de ambos os sexos para fazer essa avalia o atrav s da resposta a um 64 inqu rito O inqu rito de avalia o composto por 24 itens divididos em quatro grupos aplica
29. a grupo O grupo C relativo componente do mordomo digital foi a que mereceu a melhor avalia o com 50 dos inquiridos a atribuir uma avalia o superior a 4 75 Fazendo um arredondamento por excesso este grupo foi o nico ao qual foi atribu da uma classifica o de muito bom Os aspectos mais valorizados no mordomo digital foi a facilidade de utiliza o da aplica o e a sua adequa o ao sistema visto que nestes itens 80 dos inquiridos avaliou ambos com muito bom Pelo contr rio o grupo D foi o que apresentou uma avalia o mais baixa com 50 dos inquiridos a atribuir uma classifica o superior a 4 ou seja bom e muito bom A m dia das classifica es atribu das foi de 4 15 que arredondada por defeito se pode associar classifica o bom Note se que este resultado 66 acaba por n o se coadunar com as classifica es obtidas nos restantes grupos uma vez que a componente do sistema diz respeito avalia o conjunta das aplica es aplica o iDASH interface web e mordomo digital que apresentam melhores resultados de avalia o Ali s tamb m se verifica um desvio entre a m dia das classifica es atribu das quest o 21 da aprecia o global do sistema e a m dia obtida a partir das classifica es atribu das a todos os itens excepto o 21 O item 6 sobre a utilidade da detec o do contexto atrav s dos ultra sons na aplica o iDASH foi avaliado com muito bom por 90 dos i
30. a pacote A explica o a mesma que para esse cen rio pois o intervalo que aplicado n o suficiente para o pacote ser recebido processado e novamente enviado para o destino Mais uma vez por volta da recep o do pacote 1500 a aplica o for ada a parar pois j est a consumir demasiados recursos e o gestor de memoria do dispositivo termina a 2http developer apple com library ios documentation Cocoa Conceptual MemoryMgmt MemoryMgmt pdf 60 Perda de pacotes no iPod intervalo de 1 segundo entre cada pacote Paragem da aplica o Perda de pacotes o o 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 N mero de pacotes enviados memperda de pacotes intervalo de 1 segundo entre cada pacote Figura 5 17 Perda de pacotes na recep o com intervalo de 100 ms Em rela o percentagem de perda de pacotes nesta situa o de certo modo normal se verificar uma pequena percentagem pois existem muito mais equipamentos por onde passam os pacotes Contudo esta relativamente baixa situando se geralmente abaixo dos 10 5 3 6 Envio de pacotes em intervalos aleat rio atrav s de uma rede externa No teste seguinte ligou se o equipamento m vel a uma rede externa e foram enviados pacotes de forma aleat rio para simular uma utiliza o real NANA O Na Tempo de resposta ms 8 8 8 8 8 3 8 o SP FPP PP PF PPX OO Ph FX FP FP
31. activada detec o de local de modo a determinar a localiza o em que se encontra Na imagem 4 3 poss vel ver um exemplo do funcionamento desta componente p ha as A aplica o inicia A N Ae indica a sua AS sistema pinta Existo esta S Cetera eat om Ca F o obtidos Es A desactveda a Aericiar a expel dados do perfil do lt gt SD ay Figura 4 3 Esquema de funcionamento da detec o do perfil do utilizador Ihttp www politepix com openears http www speech cs cmu edu tools Imtool html 32 Outra solu o poss vel seria fazer uso do aceler metro existente no equipamento m vel de modo a que o utilizador tivesse de efectuar um movimento predefinido para se identificar perante a casa Contudo pensou se que este m todo poderia tornar se algo aborrecido e complexo pois o movimento poderia ser complicado de forma a n o interferir com outras utiliza es do mesmo sensor como para a visualiza o de conte dos multim dia no equipamento Logo pensou se numa solu o tecnologicamente evolu da e que fosse de f cil interac o com o utilizador comum 4 3 3 Detec o de contexto Inicialmente a mudan a de localiza o era detectada atrav s da introdu o de um c digo no Arduino ou atrav s de uma tag RFID Isto se um utilizador estivesse numa sala onde se tinha identificado e se deslocasse para outra sala ele necessitaria de identificar se novamente e s depois disso que
32. adas as conclus es finais deste projecto e algumas sugest es de trabalho futuro para melhorar e acrescentar funcionalidades a esta solu o Estado da Arte Recentemente a investiga o na rea dos ambientes dom sticos inteligentes tem sido direccionada para a utiliza o de outros dispositivos como os equipamentos m veis por forma a interagirem com o smart home aumentando o leque de funcionalidades permitidas pelo pr prio ambiente n o se restringindo apenas monitoriza o e ao controlo da casa Passaram a ser utilizados outros sensores tais como os aceler metros os magnet metros permitindo entre outras finalidades a detec o de movimentos quedas de pessoas Inicialmente ir ser abordado o middleware iDASH a partir do qual ser feita a migra o para o equipamento m vel Apenas ser discutido este pois esta tese n o pretende abordar as solu es de middleware existentes porque o foco est na utiliza o dos equipamentos m veis bem como das suas capacidades sensoriais nas casas inteligentes Posteriormente ir o ser abordados os m todos de sensoriza o directa e indirecta bem como a utiliza o dos sensores do pr prio smartphone Depois ser o abordados os m todos de localiza o indoor Finalmente ser o apresentados alguns projectos aplica es existentes que fa am uso de um smartphone e ser apresentada uma pequena discuss o sobre todos estes temas 2 1 iDASH Este middleware tem por
33. algumas considera es a ter em conta Essencialmente o principal objectivo passou pela rentabiliza o da bateria de modo a minimizar os gastos excessivos que a solu o poderia trazer Contudo existiram outros aspectos importantes para que fosse criada uma solu o eficiente e eficaz para a finalidade pretendida e Efici ncia Uma das funcionalidades existentes na solu o final a localiza o dentro da casa atrav s da detec o por ultra sons Este tipo de detec o uma funcionalidade emergente ao n vel da localiza o indoor e aparece como uma forte hip tese visto o GPS n o ser uma solu o vi vel para detectar correctamente a localiza o de um utilizador num espa o fechado Contudo este processo complexo pois depois de se detectar o som necess rio aplicar a FFT e pegar em cada frequ ncia capturada de modo a analis la para identificar o s mbolo enviado Devido complexidade e necessidade de processamento constante isto leva uma elevada drenagem da bateria Posto isto importante a exist ncia de processos que permitam minimizar a necessidade de processamento e consequentemente diminuir o consumo energ tico e Fiabilidade A fiabilidade da solu o importante tanto na integra o do iDASH como nas apli ca es criadas e nas novas funcionalidades Na aplica o de mordomo digital importante que o servidor n o tenha dados err neos e repetidos de modo a fornecer as tarefas correcta
34. apresentadas foram tidas em conta para trabalho futuro as seguintes poder ver informa o sobre conte dos multim dia controlo ambiental e conseguir definir atrav s da agenda mordomo digital 67 um ambiente para determinados dias Por fim a m dia das classifica es atribu das ao item 21 da aprecia o global de 4 2 pontos que pertence ao intervalo de confian a para a m dia com uma confian a de 95 3 9 4 5 Se alternativamente se considerar a m dia aritm tica global das classifica es obtidas de 4 415 pontos para a qual o intervalo de confian a a 95 4 21 4 62 chega se a uma classifica o id ntica obtida a partir dos resultados ao item 21 Deste modo pode se classificar a usabilidade do sistema HomeSense apresentado em termos de avalia o global boa muito boa de acordo com os resultados do inqu rito realizado 68 Conclusoes Recentemente a rea de ambientes inteligentes para resid ncias tem vindo a ser cada vez mais ex plorada existindo uma grande quantidade de produtos finais para o cliente No entanto muitas destas solu es ainda apresentam algumas falhas muitas vezes ao n vel da facilidade de utiliza o por parte do utilizador e ao n vel da mobilidade Por outro lado os smartphones t m tido uma evolu o brutal e consequentemente tem se verificado um aumento exponencial do n mero de vendas destes dispositivos Isto acontece gra as evolu o da tecnologia que
35. atar uma situa o real 5 3 1 Envio de pacotes em rajada Neste teste os pacotes eram enviados todos seguidos ou seja em rajada e o smartphone processava o evento e enviava a respectiva resposta Na imagem 5 8 est o apresentados os tempos de resposta obtidos na execu o do teste Tempo de resposta consoante o pacote enviado rajada ms O Tempo de resposta ms gt Paragem da aplica o 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 N mero de pacotes enviados Tempo de resposta consoante o pacote enviado rajada ms Figura 5 8 Tempo de resposta ao envio de pacotes em rajada sem intervalo Como se pode verificar no gr fico anterior os primeiros pacotes que s o enviados para o equipamento m vel apresentam um tempo de resposta muito elevado pois o smartphone n o garante que a ordem de envio dos pacotes respeitada na execu o dos mesmos Mas logo de seguida at ao pacote 250 sensi velmente verifica se um decr scimo brutal do tempo de resposta pois estes s o executados e novamente enviados primeiro que aqueles descritos na frase anterior A partir do pacote 250 aproximadamente o tempo de resposta volta novamente a subir Isto acontece porque o equipamento m vel n o consegue ter capacidade para responder a tantos pedidos consecutivos Finalmente por volta do pacote 1500 o smartphone n o consegue processar tantos pedidos e est a ficar saturado
36. ation Signal Measured by MEMS Accelerometer for Personal Health Care Under Smart Home Environments Control And Instrumentation no 5 2009 Online Available http scholar google com scholar hl en amp btnG Search amp q intitle Estimation of Indoor Physical Activity Level Based on Footstep Vibration Signal Measured by MEMS Accelerometer for Personal Health Care Under Smart 0 13 J Jung A Sheth S Consolvo B Greenstein A LaMarca and D Wethe ral Taking the Mystery Out of Sensing Devices in the Home Human Factors 2010 Online Available http scholar google com scholar hl en amp btnG Search amp q intitle Taking the Mystery Out of Sensing Devices in the Home 0 14 I Beckhaus T Westermann and I M ller I A6 m Home Smartphone enabled Gestural Interaction with Multi Modal Smart Home Systems tilowestermann eu 2010 Online Available http tilowestermann eu download Diplomarbeit pdf 15 M Sarnovsk y P Kosteln ik P Butka J Hre vno and D Lackova First Demonstrator of HY DRA Middleware Architecture for Building Automation in Proceedings of the scientific conference Znalosti 2008 2008 Online Available http www hydramiddleware eu hydra_papers First Demonstrator of HYDRA Middleware Architecture for Building _ 74 Anexo A A 1 Manual de instalagao Nesta sec o descrito o manual para instalar
37. b m foi criada uma aplica o que permitisse visualizar os conte dos multim dia directamente no smartphone 3 2 Arquitectura do sistema Nesta sec o vai ser apresentada a arquitectura do sistema que se pretende obter Inicialmente apresentado na figura 3 1 a topologia que se pretendeu obter com este projecto Nela poss vel ver os diversos equipamentos que s o controlados com o middleware como o caso do iPhone iPod do router da sala e de todos os computadores presentes 20 lt lt Laptop Switch Escrit rio Ta Router Sala Router Escrit rio z3 Desktop PC iPhone iPod Figura 3 1 Topologia pretendida A arquitectura iDASH pode ser dividida em tr s camadas e A camada f sica onde est o as interfaces que ligam os diversos equipamentos no caso do smartphone tamb m est o presentes os sensores do pr prio equipamento no caso de um computador ou de um router nessa mesma camada est o presentes os dispositivos aos quais est o ligados tal como o actuador de uma l mpada e A camada acima diz respeito camada do DASH que faz a interliga o entre a camada f sica e a camada aplicacional Em todos os equipamentos esta camada apenas tem o DASH apesar das diferen as existentes entre a arquitectura para o smartphone e a arquitectura para o computador e Finalmente na camada superior est o presentes todos os aplicativos que interagem com o iDASH tal como a interface d
38. cida pelo sistema 21 Qual a aprecia o global ao sistema 22 Recomendaria este sistema a colegas amigos 23 Tem interesse em possuir um sistema destes na minha casa 24 O sistema tem todas as funcionalidades que eu esperava 65 Se respondeu nao ao item 24 indique as funcionalidades que desejaria ver neste sistema A an lise dos resultados das respostas ao inqu rito incidir sobre cada um destes grupos sendo que a classifica o obtida por cada grupo corresponde m dia aritm tica dos respectivos itens de avalia o J a classifica o m dia dos itens considerados corresponde m dia aritm tica de todas as classifica es atribu das aos mesmos Dos 24 itens a avaliar 20 s o para atribuir uma classifica o numa escala de 1 a 5 em que 1 corresponde a uma aprecia o insatisfat ria e 5 corresponde a uma aprecia o muito boa Os 3 ltimos itens s o quest es de resposta sim ou n o Os crit rios de avalia o seleccionados prendem se essencialmente com a facilidade utilidade clareza e est tica dos conte dos apresentados Com efeito obtiveram se os seguintes resultados estat sticos para as m dias e medianas das classifi ca es atribu das a cada grupo e classifica o m dia dos itens 5 0 4 75 48 4 67 4 6 44 4 2 4 0 3 8 3 6 A B c D CLAS_GLOBAL E m dia E mediana Figura 5 21 Gr fico de m dia e mediana das classifica es de cad
39. classifica a clareza da organiza o da aplica o 10 Como classifica a clareza e s ntese das mensagens de erro apresentadas pela aplica o Interface web 11 Como classifica a est tica da interface Web 12 Qual a utilidade da visualiza o das tarefas do Mordomo Digital na interface Web 13 Qual a facilidade de utiliza o 14 Qual a facilidade em perceber que dispositivos est o a controlar a casa 15 Qual a facilidade em perceber que utilizadores podem usufruir do sistema Mordomo digital 16 Qual a utilidade desta aplica o 17 Qual a facilidade de utiliza o 18 Qual a facilidade de utiliza o por controlo remoto 19 Qual a adequa o do usufruto do mordomo digital no sistema Sistema 20 Como classifica a clarifica o da informa o fornecida pelo sistema 21 Qual a aprecia o global ao sistema 22 Recomendaria este sistema a colegas amigos 23 Tem interesse em possuir um sistema destes na minha casa 24 O sistema tem todas as funcionalidades que eu esperava Se respondeu n o ao item 24 indique as funcionalidades que desejaria ver neste sistema 79 80 81
40. consumo 20 em 3 horas de utiliza o Para re 63 solver esta situa o decidiu se introduzir o mecanismo discutido na sec o de implementa o que permite activar esta detec o apenas quando o utilizador se move O processamento de voz apenas utilizado quando o utilizador inicia a aplica o ou seja se ele n o sair da mesma esta utilizada muito poucas vezes Al m de mais o tempo que est a processar tanto mais pequeno quanto menos vezes o utilizador errar a sua identifica o tamb m de salientar que caso estejam todas as aplica es servi os a correr ao mesmo tempo o consumo extremamente elevado sendo poss vel afirmar que a bateria do dispositivo m vel apenas consegue aguentar durante 5 horas aproximadamente 5 3 8 Discuss o Uma das primeiras conclus es que se pode retirar dos testes realizados que nos cen rios em que aplicado um intervalo de 0 1 segundo entre o envio de pacotes a perda de pacotes muito menor como se pode visualizar nos gr ficos acima Contudo apesar da exist ncia desse intervalo a aplica o acaba por ser for ada a parar pois o n mero de pacotes que recebe demasiado elevado e n o consegue process los em tempo til entende se por tempo til o tempo entre o envio de cada pacote Se olharmos para os testes realizados com intervalos normais de modo a simular uma utiliza o real os valores obtidos s o perfeitamente normais e n o se verifica qualquer perd
41. de contactar outras pessoas Um dos problemas neste tipo de aplica es de detec o de quedas de pessoas tem a ver com os valores medidos noutras ac es por exemplo o acto de subir escadas o que pode despoletar falsos alarmes Para evitar estes alarmes mais conhecidos por falsos positivos s o utilizados determinados limiares nos valores de medi o e uma medi o acima desses http www apple com iphone design 10 limites indica que se esta a verificar a queda da pessoa Na figura 2 2 apresenta se um gr fico onde se pode verificar a curva das diferentes medi es e os limiares a partir dos quais considerada uma queda x Slow Fall to Forward ki Acceleration Value Figura 2 2 Gr fico de medi es efectuadas pelo aceler metro O WreckWatch uma aplica o que j est dispon vel para utiliza o nos smartphones com o sistema operativo Android Esta uma aplica o muito til para os condutores pois ela detecta acidentes de autom vel em tempo real isto atrav s do aceler metro presente no dispositivo m vel e do GPS Ela analisa os dados do receptor de GPS e do aceler metro detectando s bitas acelera es que possam indicar uma colis o Outros dispositivos que estejam perto da rea podem detectar esta informa o e optar por desvios por forma a evitar os engarrafamentos nas zonas de acidentes O tr fego aliviado nestas zonas e a aplica o pode tamb m informar a ocorr ncia
42. de outro middleware Desta forma pode se afirmar que a solu o I m Home aquele que mais se aproxima deste projecto mas n o faz uso dos sensores presentes no smartphone A utiliza o destes sensores importante pois pode ter v rios fins tal como demonstra o projecto SensorFall Ou seja muitos destes trabalhos apresentam algumas partes que este projecto tem No caso dos projectos em que s o utilizadas c maras para a interpreta o de movimentos o Motion Tracking for Smart Home Care e o Kinect estas solu es s o importantes para outras finalidades que n o o controlo da casa inteligente atrav s de um telefone celular Os trabalhos de detec o de actividades di rias tamb m podem ser relevantes numa casa inteligente mas neste projecto n o foi abordada essa rea Em rela o s aplica es de controlo dom stico para os equipamentos m veis as quais foram discutidas na sec o Trabalho Relacionado todas elas permitem controlar e ou monitorizar os dispositivos que se encontram ligados ao ambiente inteligente Contudo nenhuma fazia uso de funcionalidades como a gest o de perfil e a gest o de contexto as quais se apresentam como uma mais valia na solu o que se desenvolveu O Hydra poder vir a ter a funcionalidade de gest o de contexto contudo esta ainda n o foi implementada A principal semelhan a entre estes produtos e esta tese passa pela interface gr fica apelativa que permite a interac o com a casa
43. diversos dispositivos Na imagem 3 3 que se apresenta de seguida pode se ver essa arquitectura Figura 3 3 Arquitectura do iDASH Seguidamente ir o ser explicados alguns m dulos da arquitectura iDASH A Comunicador Devido prolifera o de dispositivos para o smart home foi necess rio introduzir o m dulo de comunica o no iDASH por forma a que toda a solu o fosse interoper vel B Localizador Este m dulo fundamental pois permite a descoberta de servi os e dispositivos sem a interven o humana ou seja de uma forma totalmente transparente para o utilizador A sua introdu o foi importante pois permite efectuar uma busca dos servi os existentes no ambiente dom stico isto noutras inst ncias do iDASH C Gestor de eventos O m dulo de gest o tratamento de eventos tamb m foi mantido pois permite a detec o e o processamento de eventos lan ados por outras inst ncias de DASH e tamb m permite o pr prio lan amento de eventos por parte do dispositivo m vel Neste caso foi mantido o protocolo de trans porte original o UDP pois desta forma evitou se o congestionamento da rede visto as mensagens serem enviadas para todos os dispositivos na rede ou seja em broadcast Mas ao contr rio do 23 m dulo para o DASH referente a computadores routers este n o utilize o protocolo xPL Isto s o interpretadas as mensagens xPL atrav s de c digo pr prio e as mensagens que s o geradas t m a
44. e modo a visualizar as tarefas que tem agendado Para isso selecciona na TV o servi o de mordomo digital e consegue ver uma lista das tarefas Este cen rio est esquematizado na figura 5 4 50 Utilizador x Televis o O utilizador selecciona na interface visualizada na TV a op o Digital Butler S o apresentadas todas as tarefas existentes actualmente Figura 5 4 Cen rio 3 Visualiza o de tarefas atrav s do servi o de mordomo digital Passado algum tempo ele decide sair de casa Ao efectuar esta ac o o sistema detecta essa sa da e desliga todo o ambiente associado ao utilizador como se pode ver na imagem 5 5 Utilizador x Casa Inteligente Servi os j O utilizador sai de casa detectada a aus ncia do utilizador S o desactivados todos os servi os Figura 5 5 Cen rio 4 Detec o da sa da de casa Depois de sair de casa o utilizador verifica que necessita de adicionar uma tarefa ao sistema de modo a indic la a outro familiar Para tal a aplica o detecta que ele n o est na rede de casa e envia a tarefa para o router de casa Em casa o router encaminha a mensagem para o servidor que depois actualiza todos os outros equipamentos Esta situa o est exemplificada na figura 5 6 51 Utilizador x Casa Inteligente Servi o de agenda O utilizador envia uma tarefa para a casa inteligente detectada a nova mensagem com tarefa introd
45. e novamente para os equipamentos sonoros da divis o exactamente o mesmo isto basta fazer um movimento brusco que cria uma elevada diferen a entre as posi es inicial e final Finalmente importante salientar que de modo a continuar a ser poss vel visualizar nos outros equipamentos o v deo em streaming normal como era feito atrav s do VLC foi criado um pequeno servi o que arranca a emiss o de VLC e arranca tamb m um outro servi o que ir actualizar a lista de reprodu o de modo a manter a sincroniza o entre os dispositivos Neste ltimo servi o de 2 em 2 segundos actualizada a lista de reprodu o de modo a manter a sincroniza o entre a emiss o emitida 37 e esta lista Se a lista estiver vazia o que acontece no final do video copiada de outra localiza o a lista original de modo a poder continuar a transmiss o Este processo est exemplificado no diagrama da figura eliminada primera linha da Esta do reprodu o Temporizador despoleta evento de 2 em 2 segundos Copiar ficheiro original para local da lista Figura 4 8 Diagrama de funcionamento do servi o de actualiza o da lista de reprodu o 4 3 5 Interac o com iDASH Esta funcionalidade inclui estender o iDASH a solu o que foi desenvolvida para controlo e monito riza o da casa inteligente s plataformas m veis mais concretamente aos dispositivos m veis Apple necess rio fa
46. e teste lt o s caa aoc oaan desa ee 5 3 Resultados 5 3 1 Envio de pacotes em rajada 2 a a mea a ee a a RR a ee E aki ade E E bk i E a i aE 5 3 4 Envio de pacotes em rajada atrav s de uma rede externa 9 3 6 Envio de pacotes em intervalos aleat rio atrav s de uma rede externa 9 3 7 Consumo de bateria s s c maa a a a a e 5 3 8 Discuss o 5 4 Testes de usabilidadel a a a a a a a a a a 6 1 Trabalho Futuro A l Manual de instala o 2 a A 1 1 Instala o 27 27 29 30 30 31 33 35 38 41 43 44 47 47 47 48 48 49 52 53 54 56 57 59 61 62 64 64 69 71 A 1 2 Utiliza o A 2 Caracter sticas do equipamento m vel para teste 2 ee ee A 3 Inqu rito de usabilidade Lista de Figuras 2 1 Evolu o da arquitectura DASH para a arquitectura iDASH 6 2 2 Gr fico de medi es efectuadas pelo aceler metro 2 2 0 0 0 000000008 11 2 3 Exemplo da utiliza o da aplica o WreckWatch 3 o 0 0 ee 11 3 1 Topologia pretendida 2 2 a A 21 3 2 Fluxo de informa o na realiza o de uma ac o sooo ee 22 3 3 Arquitectura do WASH os s 4 4 4 8 ad ae oOo ee wea ss EE E SS dA DA 23 3 4 Arquitectura do iDASH para o smartphone 2 2 A 25 4 1 Cen rio de teste utilizado no iDASH 1 2 2 0 0 eee 28 4 2 Janela Principal Janela de Servi os Janela de Controlo Janela de
47. e utiliza o e controlo As aplica es que foram desenvolvidas para o telefone celular com a finalidade de utiliza o no iDASH est o inseridas nesta camada Posto isto importante demonstrar o modo como todos estes m dulos comunicam atrav s dos diferentes dispositivos Na figura poss vel ver fluxo de informa o quando o utilizador realiza uma ac o que neste caso n o envolve a mudan a de localiza o Ao ser realizada a ac o obtida a informa o do perfil do utilizador De seguida obtida a localiza o onde ele se encontra e o m dulo de gest o de 21 contexto cria a mensagem a ser enviada Esta enviada pelo m dulo de gestao de eventos para todos os outros dispositivos iDASH Ao ser recebida por um destes o m dulo de gest o de eventos envia a para a componente de gest o de contexto onde ela tratada e encaminhada para a camada de aplica o Se se tratasse de uma mudan a de localiza o o m dulo de gest o de contexto teria de alterar o estado do ambiente Figura 3 2 Fluxo de informa o na realiza o de uma ac o 22 3 3 Estrutura modular do iDASH Para o desenvolvimento da arquitectura do middleware que se pretendeu ter a funcionar no dispositivo m vel teve se por base a arquitectura do iDASH j desenvolvida para outros equipamentos sejam eles computadores ou routers Desta forma foi seguido o mesmo esquema de modo a facilitar o processo de comunica o entre os
48. er acontecer recorrentemente pois n o poss vel ter qualquer controlo sobre os equipamentos de transi o 5 3 5 Envio de pacotes em intervalos de 0 1 segundo atrav s de uma rede externa Para efectuar este teste ligou se o smartphone a uma rede externa ao iDASH de modo a simular uma liga o de fora da rede interna Para melhorar a percentagem de perda de pacotes que se verificou na sec o anterior e melhorar tamb m o tempo de resposta foi adicionado um intervalo de 0 1 segundo entre o envio de cada pacote 59 Tempo de resposta consoante o pacote enviado intervalo de 1 segundo entre cada pacote ms a s Paragem da aplica o a Tempo de resposta ms to a o 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 Numero de pacotes enviados Tempo de resposta consoante o pacote enviado intervalo de 1 segundo entre cada pacote ms Figura 5 16 Tempo de resposta ao envio de pacotes com intervalo de 100 ms Como se pode ver na imagem 5 16 com a introdu o de um intervalo o comportamento totalmente diferente Este intervalo permite que os pacotes j n o sejam descartados nos equipamentos de transi o e que cheguem ao seu destino Neste cen rio o comportamento dos valores de tempo de resposta sensivelmente o mesmo que no teste na rede interna onde tamb m foi aplicado um intervalo de 0 1 segundo entre o envio de cad
49. es dos mesmos e Dispositivos Esta p gina apresenta todos os dispositivos existentes na smart home que estejam a executar o iDASH bem como algumas caracter sticas de cada um 43 e Eventos Esta sec o mostra todos os eventos sincronizados no servidor E poss vel ver o nome dado ao evento o local onde ir decorrer bem como a data a que ter in cio e Servi os Esta p gina informa sobre todos os servi os existentes na casa inteligente Em cada servi o poss vel indicar se queremos activ lo ou desactiv lo e em que localiza o e Controlo Nesta p gina poss vel alterar os par metros dos servi os de ilumina o como a inten sidade das l mpadas 4 3 8 Mordomo digital O mordomo digital uma aplica o que est integrada na interface do iDASH Foi criada com a finalidade de ser um gestor agregador de tarefas internas numa habita o O objectivo desta aplica o passa por sincronizar as tarefas entre os smartphones que est o ligados rede interna da casa inteligente Desta forma poss vel de uma forma muito f cil agendar tarefas e d las a conhecer aos outros residentes De modo a n o introduzir complexidade adicional apesar de ser uma aplica o diferente ela faz uso do calend rio j existente nos dispositivos m veis da Apple Desta forma o utilizador n o necessita de conhecimentos adicionais o que facilita a interac o com a aplica o Basta ao utilizador efectuar o proce
50. espectivas mensagens iDASH para desactivar os servi os na localiza o anterior e activar tudo na nova ficando registado no ambiente inteligente a nova localiza o da pessoa verifica o da mudan a de localiza o permite n o enviar mensagens in teis pela rede para os restantes equipamentos iDASH Contudo a cont nua captura e tratamento de udio um processo dispendioso em termos energ ticos e este um problema acentuado nos dispositivos m veis Como tal teve de ser criado um m todo que permitisse estabelecer um equil brio entre a detec o da localiza o e o consumo energ tico do smartphone Para tal pensou se na utiliza o do aceler metro para detectar o movimento do utilizador o que significaria uma poss vel mudan a na sua localiza o Inicialmente a detec o activada para permitir registar a actual localiza o do utilizador Se se verificar que n o existe movimento por parte da pessoa durante tr s minutos a detec o de ultra sons desactivada Esta s voltar a ser iniciada quando se verificar alguma movimenta o do utilizador Apesar do pr prio aceler metro gastar alguma bateria esta situa o n o relevante pois n o pos s vel desactiv lo logo est continuamente a trabalhar independentemente da aplica o e do uso Desta forma poss vel reduzir grande parte do consumo de bateria gerado pela funcionalidade descrita nesta sec o 4 3 4 Visualiza o multim dia A v
51. esse sempre activado como o caso da m quina que disponibiliza os conte dos de v deo Para o utilizador verificar se se encontrar dentro da casa inteligente de modo a activar a detec o de localiza o caso se verifique ele envia um pacote com uma mensagem a pedir essa informa o ao servidor de conte dos multim dia Caso este responda significa que o utilizador est no interior da resid ncia e o equipamento m vel define como endere o IP de destino o endere o de broadcast da rede Caso contr rio ele est fora e n o activa a detec o de localiza o e define como IP de destino o endere o p blico do router de casa Este fluxo est esquematizado na figura 4 13 O equipame m vel envia uma mensagem a perguntar se est em casa definido o IP de broadcast como IP de destino p blico da casa como IP de destino Figura 4 13 Diagrama de funcionamento do proxy 4 3 7 Interface web A interface web est acess vel a partir de qualquer equipamento conectado rede interna da casa Em rela o interface j existente do iDASH foi alterado o design da mesma e foi acrescentada a op o de visualiza o de eventos Sendo assim atrav s dela poss vel realizar as seguintes opera es e Utilizadores Nesta p gina podem ser visualizados os utilizadores registados na casa inteligente bem como algumas informa es suas Adicionalmente tamb m poss vel editar as informa
52. est o num ficheiro como se pode ver na figura detectado u E evento de obtida a mc altora o da hora actual Darena Figura 5 19 Diagrama do funcionamento da aplica o de visualiza o da bateria activada monitoriza o da bateria Atrav s dos valores obtidos por esta aplica o foi elaborado um gr fico onde poss vel ver os mo mentos em que foi alterado algo no telefone e o consumo provocado por essas altera es 62 Consumo de bateria ao longo do tempo Nivel de bateria Consumo de bateria ao longo do tempo Figura 5 20 Consumo de bateria ao longo do tempo Na figura 5 20 poss vel visualizar que a pr pria liga o wireless do equipamento consome muito pouca bateria pois n o se verifica nenhum decr scimo em cerca de 3 horas A partir do momento que se ligam as aplica es servi os a utilizar que a drenagem muito maior Na tabela 5 1 poss vel ver os dados obtidos pelo gr fico e que permite desde logo retirar algumas conclus es Aplica o Servi o Tempo de utiliza o horas Bateria consumida Detec o de ultra sons 3 20 iDASH 3 10 Processamento de voz 3 15 Todos 1 15 Tabela 5 1 Consumo da bateria consoante a aplica o que esteja activada As conclus es que se podem retirar da tabela anterior s o simples f cil verificar que a aplica o que tratar da detec o de contexto apresenta o maior
53. etro presente nestes equipamentos para a pessoa passar a visualizar o v deo no seu equipamento basta lhe fazer um movimento vertical brusco o que cria um elevado delta entre as posi es obtidas pelo aceler metro sendo que o delta corresponde diferen a http svn assembla com svn legend segmenter 36 entre a nova posi o e a posi o anterior Finalmente para voltar a enviar a imagem novamente para a televis o basta ao utilizador efectuar o mesmo movimento importante salientar que enquanto est o a ser visualizados e ou ouvidos conte dos multim dia no smartphone a detec o de localiza o n o se encontra em funcionamento pois os equipamentos da Apple n o nos permitem v rias formas de utiliza o da framework de udio Na figura 4 7 est esquematizado o processo de obten o e paragem da visualiza o de conte dos multim dia gemidos mutima Sim K oe aie fiador nt 4 Q esio a ser visualizados i smytphone lt lt o Ja 20 smartphone no smetano o mS Sim Gdtactwar os servi os du y E 2 locaizapboanerore 3 j 4 Desacthear o sania A Qesactrem ate ne cove lt multio cia na local za o gt detecgioce gt onde se escontem a za o A esaactiemr 06 servi o Adica a saida d s Figura 4 7 Diagrama de estados do processo de visualiza o de conte dos multim dia Em termos de udio o processo de passagem do conte do para o smartphone
54. exemplo atrav s de tags RFID nas suas roupas de modo a n o desligar os servi os se o utilizador com o smartphone sair da mesma 71 72 Bibliografia 1 B J F Gon alves iDASH Disserta o para obten o do Grau de Mestre em Engenharia de Redes de Comunica o 2010 2 I Lopes B Vaidya and J Rodrigues Sensorfall an accelerometer based mobile application in 2nd International Conference on Computational Science and Its Applications Jeju Island Korea 2009 pp 749 754 Online Available http netgna it ubi pt files 2009 WIMUCS pdf 3 H Turner J White C Thompson K Zienkiewicz S Campbell and D Schmidt Building Mobile Sensor Networks Using Smartphones and Web Services Ramifications and Development Challenges Handbook of Research on Mobility and Computing Hershey PA http www cs wustl edu schmidt PDF hamilton book chapter pdf 2009 Online Available http Isrg cs wustl edu schmidt PDF new ww mobile computing pdf 4 P R Ribeiro and S Rebelo A distributed service oriented middleware for ad hoc home networ king environments Disserta o para obten o do Grau de Mestre em Engenharia de Redes de Comunica o 2009 5 V Filonenko C Cullen and J Carswell Investigating ultrasonic positioning on mobile phones in Indoor Positioning and Indoor Navigation IPIN 2010 International Conference on IEEE 20
55. gens deste projecto a dificuldade em detectar determinadas quedas ou determinados movimentos por exemplo detectar um salto para a cama ou uma queda contra uma parede numa postura sentada Consequentemente necess ria a introdu o de informa o de contexto Outro projecto em que utilizada a sensoriza o directa a Activity Recognition using Actigraph Sensor 9 Neste caso utilizado um actigraph watch que possui um aceler metro embebido Este rel gio permite o reconhecimento de actividades realizadas em casa Para este reconhecimento s o utilizados algoritmos de predi o que induzem uma precis o de aproximadamente 87 O projecto Activity Recognition using Cell Phone Accelerometers faz uso do aceler metro que alguns telefones celulares possuem de modo a efectuar o reconhecimento de actividades Para desenvolver o sistema os autores recolheram os dados obtidos pelos aceler metros de 29 utilizadores os quais praticaram as suas t picas actividades di rias como andar correr subir escadas ou sentar e agregaram estes dados de forma a sumariar a actividade do utilizador Posteriormente usaram os dados resultantes para induzir um modelo preditivo para reconhecimento de actividades permitindo conhecer os h bitos das pessoas de forma passiva apenas atrav s do uso do telefone nos seus bolsos O Motion tracking for smart home care um projecto que traz algumas facilidades principal mente aos idosos e pess
56. ica o que depositaram em mim mesmo nos momentos mais dif ceis Finalmente minha querida namorada Ana Ferreira por toda a for a que me deu por ter estado sempre ao meu lado mesmo quando a maioria do meu tempo dispon vel era ocupado na tese e por ter aguentado tudo durante este tempo Abstract Recently there has been an increase in devices and applications for smart homes This has meant that there is an increasing heterogeneity in terms of equipment and connections between them Therefor there is a great need to create solutions that facilitate the interconnection of all these components providing a totally transparent operation to the user This abstraction layer defines the concept of middleware Besides this problem of heterogeneity we also need to consider increasing the usability provided allowing to increase the user s convenience Nowadays due to major technological developments specifically in the area of multifunctional mobile devices it is not unthinkable to imagine the migration of this kind of middleware in such equipment as it will provide users with an excellent integration of multiple services under a stunning user interface In addition to this migration the use of smartphone s sensory capabilities can improve and innovate the way the user interacts with his home This work aims to continue the middleware iDASH 1 which allows us to create a layer of abstraction expanding it to mobile platforms specificall
57. iente de Desenvolvimento Todo o desenvolvimento deste projecto foi feito no ambiente de desenvolvimento iOS SDK o qual apenas pode ser instalado num computador Mac A linguagem utilizada foi o Objective C e o Objective C que s o parecidas ao C e ao C mas mais optimizado para utiliza o com interfaces e utilizada apenas no desenvolvimento de aplica es para iOS Para testar a aplica o no ambiente de teste do iDASH o qual pode ser visualizado na figura 4 1 foi necess ria a utiliza o de um iPOD 2G com as caracter sticas descritas no Anexo Al 27 Sala 1 4 14 Sala 1 4 16 internet ortatil Windows Ethernet Ethernet Figura 4 1 Cen rio de teste utilizado no iDASH Neste cen rio de teste est o presentes os equipamentos que utilizam o middleware iDASH bem como os tipos de liga es utilizadas De seguida est o listados todos os equipamentos bem como as liga es utilizadas e Computador com Windows XP por PowerLine Dois computadores com Linux Router com Debian Router com OpenWRT Duas Televis es onde numa est ligada uma Wii Dois candeeiros um ligado por 802 15 4 e outro por X10 Leitor RFID ligado a computador com Linux Comando Wii ligado por Bluetooth 28 e Set top box e Arduino ligado ao router com OpenWRT 4 2 Objectivos e Considera es Devido utiliza o dos dispositivos m veis neste caso um smartphone existiram alguns objectivos a cumprir e
58. ientes residenciais Assim percept vel que neste conceito os middlewares sejam de elevada import ncia pois permitem que todos os dispositivos sejam interoper veis criando uma camada de abstrac o sobre os equipamentos e a forma como se inter ligam que pode ser atrav s de ethernet X10 entre outros Em termos de utiliza o poss vel controlar todos os equipamentos de uma nica forma facilitando a interac o do utilizador Um exemplo destes middlewares o iDASH 1 que foi desenvolvido no mbito de uma disserta o de mestrado no Instituto Superior T cnico Este permite que todos os dispositivos estejam interligados e possam comunicar entre si disponibilizando tamb m uma interface gr fica para a gest o dos mesmos Al m disto tamb m per mite que seja efectuada a gest o de contextos e de perfis de modo a existirem v rios ambientes na casa inteligente Contudo nestes sistemas ainda n o est contemplada uma das principais evolu es tecnol gicas dos ltimos tempos os telefones celulares multifuncionais normalmente designados por smartphones Uma das principais necessidades actuais passa pela integra o desses mesmos dispositivos no ambiente dom s tico inteligente que se apresentou como o tema desta tese Atrav s da utiliza o das muitas capacidades possu das pelos smartphones gra as aos sensores que t m agregados aceler metro magnet metro etc poss vel acrescentar funcionalidades s casas inte
59. ifi INSTITUTO SUPERIOR T CNICO HomeSense Monitoriza o e controlo baseado em smartphone em ambientes dom sticos Hugues Mickael Carreira da Silva Disserta o para obten o do Grau de Mestre em Engenharia de Redes de Comunica es J ri Presidente Prof Doutor Paulo Jorge Pires Ferreira Orientador Prof Doutor Rui Manuel Rodrigues Rocha Vogais Prof Doutor Jo o Coelho Garcia Outubro de 2011 Agradecimentos Primeiro por ter aceite orientar a minha tese e por toda a ajuda proporcionada quero agradecer ao Professor Rui Rocha A sua constante dedica o e as suas cont nuas dicas e cr ticas foram fundamentais para o correcto desenvolvimento da mesma Ao meu amigo Carlos Rodrigues pelo incentivo que me deu e pelas horas que perdeu para me ajudar dando dicas e estando ao meu lado na resolu o de alguns problemas Ao Bruno Gon alves que independentemente de estar ocupado com a sua vida profissional esteve sempre dispon vel para me ajudar e explicar certas caracter sticas do ambiente de desenvolvimento Aos meus amigos Bruno Quintino Filipe Menino Mariline Silva Jo o Norberto e Andr Fernandes por todo o apoio e por toda a for a e preocupa o que manifestaram durante este ltimo ano A todos os meus colegas da Identity pela preocupa o e ajuda que me foram disponibilizando ao longo de todo este tempo A toda a minha fam lia pais irm av s cunhados Adolfo Ferreira e Rute Sarmento pelo apoio e a ded
60. isualiza o de conte dos multim dia num dispositivo m vel da Apple um processo algo diferente do que se realiza nos outros equipamentos Ouvir uma m sica em streaming n o requer nenhuma alte ra o pois basta indicar o endere o onde o equipamento deve ler o ficheiro Contudo para o v deo se 35 Sim Hadar comext gt Umpar vector se desejar fazer a visualiza o a partir de um servidor que o esteja a publicar imposs vel ver o mesmo directamente no smartphone Para conseguir realizar este processo necess rio dividir o v deo original presente no servidor em v rios segmentos de v deo com a extens o ts e tamb m deve ser criada uma playlist que permite aos dispositivos Apple ler todos os segmentos Este processo conseguido gra as utiliza o da aplica o segmenter que divide o video original e cria a lista de visualiza o Posterior mente o video tem de ser embebido numa p gina html a qual carregada para visualiza o O processo de cria o est apresentado na figura 4 6 Figura 4 6 Arquitectura de um servidor de live streaming para um dispositivo Apple O desenvolvimento anterior permite visualizar v deos num equipamento m vel da Apple Contudo necess rio criar um mecanismo de modo a que o v deo que se visualize no dispositivo m vel esteja correctamente sincronizado com aquele que est a ser visto na sala Isto acontece pois a playlist criada e os respectivos segmentos n o
61. leva diminui o dos custos de fabrico de muitos equipamentos permitindo ter um leque muito variado de equipamentos uns com mais ou menos fun es que outros a todos os pre os Um dos grandes desafios do momento tem sido a integra o destes dispositivos m veis em muitas solu es do nosso dia a dia De modo a resolver algumas lacunas das solu es de smart home existentes e gra as a esta prolifera o dos smartphones fez todo o sentido o desenvolvimento de uma solu o para o mercado residencial em que estivessem integrados estes equipamentos no ambiente inteligente De tal modo que se pretendeu dar continuidade ao projecto iDASH permitindo a utiliza o dos dispositivos m veis neste caso baseados no sistema operativo iOS da Apple para interac o com o espa o inteligente A integra o destes dispositivos 69 foi conseguida gra as interoperabilidade permitida pela solu o ja existente De forma a manter a coer ncia entre os componentes j criados foi criada uma arquitectura similar do iDASH contudo foram retirados alguns elementos que n o seriam necess rios nos equipamentos m veis e que poderiam causar uma sobrecarga adicional nos dispositivos Foram tamb m introduzidos alguns m todos tecnologicamente avan ados essencialmente para a de tec o de perfil e para a detec o de contexto A detec o de perfil al m dos m todos j existentes Arduino e tag RFID passou a ser feita atrav s do reco
62. ligentes como a tomada de decis es em determinadas situa es O dispositivo m vel pode tamb m ter o perfil do utilizador associado alterando o modo de detec o que anteriormente seria por exemplo atrav s de um c digo Outra vantagem associada a este cen rio a possibilidade da monitoriza o do ambiente residencial ser efectuada no pr prio dispositivo m vel Deste modo a monitoriza o e o controlo do ambiente residencial inteligente n o ficam restritos em termos locais podendo serem feitos remotamente e sem a necessidade de dispositivos adicionais 1 1 Motiva o e objectivos Nos ltimos anos tem se assistido a uma grande prolifera o dos smartphones fazendo com que se tenha verificado um enorme crescimento ao n vel das vendas Alguns destes dispositivos possuem v rios sensores entre os quais dos mais populares o aceler metro permitindo a integra o n o s ao nivel de interface mas tamb m ao n vel de participa o na casa inteligente Ihttp www dlna org home Actualmente e devido aos factos referidos anteriormente torna se cada vez mais importante dispo nibilizar todo e qualquer tipo de aplica o ou interac o num smartphone permitindo deste modo a realiza o de qualquer ac o num nico dispositivo Como tal no caso de um ambiente dom stico fundamental a cria o de uma solu o que permita a sua monitoriza o bem como o seu controlo atra v s desses telefones Deste modo
63. lizar o processo 30 Carrier gt 12 48 AM Carrier gt 12 48 AM Carrier gt 12 52 AM You are in ES o Label Exit HomeSense Are you sure you want to exit the aplication p OK Cancel Control Dim Figura 4 2 Janela Principal Janela de Servi os Janela de Controlo Janela de Sa da da esquerda para a direita respectivamente inverso ou seja activar um servi o que se encontre desactivado e desactivar um servi o que se encontre activado De modo a tornar mais f cil a compreens o dos servi os estes encontram se divididos pelos locais da casa onde est a funcionar este middleware e ao clicar num servi o fornecida informa o do mesmo Adicionalmente se o utilizador efectuar um movimento vertical brusco o servi o de multim dia transferido da localiza o onde ele se encontra para o seu equipamento m vel Para reverter o processo basta lhe realizar novamente o mesmo movimento Janela de controlo Esta janela apresenta os controlos das l mpadas que se encontram activas na casa Se o utilizador mudar o valor de uma delas essa nova informa o enviada para o sistema e a intensidade da l mpada em quest o ajusta se automaticamente Janela de sa da Nesta janela apenas feita uma verifica o para o utilizador confirmar o seu desejo de sair da casa Deste modo s o desligados todos os servi os De seguida s o apresentadas as janelas da aplica o criadas para o equipamento m vel m
64. m n participativo O projecto I m Home utiliza uma das caracter sticas presentes em todos os smartphones o ecr t ctil Existem diversos modelos no mercado sejam capacitivos ou resistivos ou mesmo os de retina recentemente utilizados no novo Iphone e todos permitem a interac o com o dispositivo atrav s de movimentos dos dedos Nesta aplica o a interac o feita atrav s de gestos que s o movimentos feitos pelos dedos no visor Esses movimentos realizados pelo utilizador possibilitam a interac o com diversos dispositivos da casa tal como a televis o Como o utilizador interage directamente atrav s de gestos considerado que esta aplica o utiliza sensoriza o directa No projecto SensorFall 2 efectuada uma monitoriza o em tempo real da pessoa isto da sua posi o f sica atrav s da utiliza o de um aceler metro O smartphone est constantemente a medir a acelera o atrav s do pr prio sensor vai processando a informa o e depois mostra a no visor do dispositivo No caso em que sejam detectados valores anormais na acelera o a aplica o apresenta duas op es no ecr do telefone YES ou NO e se nos 10 segundos seguintes a esse evento n o for seleccionada uma op o por defeito escolhida a op o YES Nesse preciso momento o sistema assume que o utilizador teve uma queda e efectua os procedimentos predefinidos isto efectua uma liga o para os servi os de emerg ncia e po
65. mente ac tualizadas a todos os utilizadores Finalmente na localiza o interna deve ser estabelecido um algoritmo robusto de modo a prevenir falhas de detec o e de forma a que n o sejam difundidas mensagens n o necess rias para a rede Ao se referir mensagens n o necess rias significa que n o se devem enviar dados repetidos indicando o mesmo local isto se n o se verificar mudan a visto o dispositivo m vel estar continuamente a detectar a localiza o Assim pode se evitar alguma sobrecarga da rede e diminuir a necessidade de processamento de todos os equipamentos integrados no iDASH e Usabilidade A aplica o que permite interagir com a casa deve ser de f cil utiliza o de modo a que um utilizador sem qualquer conhecimento esteja vontade para efectuar todo o tipo de 29 opera o Esta tamb m deve ser de design moderno isto para n o se tornar aborrecida A interface web tamb m dever ser apelativa e dever estar totalmente adaptada a uma televis o isto ter de ser de f cil utiliza o atrav s de um comando Wii por exemplo Em termos de detec o de ultra sons este processo dever ser totalmente aut nomo e n o incomodativo t pica utiliza o do equipamento m vel multifuncional e Interoperabilidade Todo o c digo desenvolvido seja em java para as novas aplica es criadas seja em Objective C para todo o desenvolvimento relacionado com o dispositivo m vel dever ser feito de f
66. nadas situa es sem a interven o do utilizador Estas redes captam uma s rie de est mulos do meio ambiente e com base nesses dados ela pode tomar decis es definidas de acordo com prefer ncias do utilizador ou modelos preditivos Essa recolha de dados normalmente conhecida por sensoriza o pode se dividir na sensoriza o directa e na sensoriza o indirecta No caso da sensoriza o directa o dispositivo utiliza um sensor pr prio para obter uma determinada informa o como por exemplo o GPS para obter a sua localiza o Se o dispositivo m vel n o possuir GPS ent o ele pode utilizar v rios sensores que possui por forma a substituir a falta dele tais como o magnet metro e o aceler metro para determinar a posi o em que est Outro cen rio em que se pode fazer a distin o entre as diferentes sensoriza es a utiliza o de sensores para a determina o da queda de uma pessoa Se o utilizador tiver na sua posse um dispositivo que possua um aceler metro tal como um smartphone atrav s deste sensor poss vel detectar se o indiv duo caiu ou n o neste caso utilizada a sensoriza o directa Caso contr rio poss vel detectar uma queda atrav s dos sensores espalhados na casa tais como sensores auditivos aplicando se a sensoriza o indirecta Ao n vel das redes de sensores para casas inteligentes tem se verificado um grande n mero de projectos e estudos que s o feitos olhando para o desenvolviment
67. nhecimento da voz do utilizador o que elimina a necessidade dele transportar uma tag Em rela o altera o de contexto este processo passou a ser totalmente autom tico bastando para tal o utilizador transportar o seu equipamento m vel Desta forma ele j n o precisa de se autenticar novamente a cada mudan a de local Adicionalmente foi tamb m criada uma aplica o designada por Mordomo Digital a qual permite sincronizar tarefas criadas pelas pessoas da casa entre elas mesmas As tarefas criadas podem tamb m ser visualizadas na interface web criada no iDASH Para tal foi adicionada uma p gina onde aparecem as ditas tarefas com a hora e local da sua realiza o Gra as ao ambiente de teste criado e utilizado para avaliar a solu o desenvolvida foi poss vel efectuar testes de usabilidade e desempenho para analisar o comportamento do sistema Os resultados obtidos foram bastante satisfat rios embora se verificasse a paragem for ada da aplica o em determinadas situa es Contudo estas paragens n o poem em causa o bom funcionamento da solu o visto que as mensagens trocadas entre os dispositivos s o relativamente poucas e o equipamento m vel consegue facilmente trat las Outro ponto a salientar dos resultados obtidos foi os tempos de resposta verificados pois se compararmos com os gr ficos existentes no documento do iDASH conseguimos perceber que estes valores s o muito superiores queles obtidos nos rou
68. nquiridos Para al m dos itens do grupo C atr s referidos tamb m o item 11 sobre a est tica da interface Web foi avaliada por 80 dos inquiridos com muito bom Na perspectiva dos inquiridos um dos pontos fracos do sistema diz respeito clareza e s ntese das mensagens de erro apresentadas pela aplica o iDASH item 10 e facilidade em perceber que dispositi vos est o a controlar a casa item 14 Em ambos os itens 80 dos inquiridos avaliou os respectivamente com uma classifica o de satisfat rio ou bom Quanto s quest es de resposta de sim ou n o sobre o sistema regista se de forma positiva o facto de todos os inquiridos terem respondido que recomendariam o sistema a colegas amigos e de 90 dos inquiridos terem respondido que teriam interesse em possuir um sistema destes na sua casa 100 90 80 60 40 20 10 0 0 7 D 22 D 23 D 24 ESim EN o Figura 5 22 Gr fico de m dia e mediana das respostas s perguntas 22 23 e 24 Na quest o 24 acerca da funcionalidade do sistema 60 dos inquiridos responderam que tem todas as funcionalidades esperadas sendo que os restantes 40 responderam negativamente a esta quest o Dos inquiridos que deixaram sugest es no mbito desta quest o de registar a seguinte que foi tida em considera o e que foi implementada ter o perfil a partir da interface no smartphone Quanto s demais sugest es
69. o como o GPS pois a partir http en wikipedia org wiki Ultrasound 12 do momento em que ele est no exterior ele interage remotamente independentemente do local onde esta 2 4 Aplica es de controlo da casa Actualmente existem v rios projectos desenvolvidos para o controlo e ou monitoriza o de uma casa inteligente atrav s de um smartphone sendo que alguns deles j s o produtos comerciais Tipicamente estas solu es apenas permitem controlar dispositivos tais como l mpadas Mas de seguida s o apresen tados detalhadamente aqueles que foram estudados 5 o ayControl e o HAI s o todos produtos comerciais que permitem controlar a casa O Loxone atrav s de um equipamento m vel O Loxone e o HAI sao ambos baseados em aut matos enquanto que o ayControl utiliza a tecnologia KNX Estas solu es permitem controlar desde l mpadas estores at televis es O projecto Hydra apresenta se como um middleware orientado a servi os que permite interligar os mais variados dispositivos existentes para o mercado residencial Al m disso permite controlar atrav s de um smartphone os dispositivos existentes na resid ncia Este um projecto europeu que continua em desenvolvimento e onde se pretende acrescentar novas funcionalidades como a gest o de contexto 2 5 Discuss o Actualmente de salientar o grande investimento que se tem verificado na rea das redes residen ciais Cada vez mais se p
70. o dessa rea Estes sistemas inteligentes s o da maior import ncia para pessoas que por exemplo n o conseguem ouvir a campainha pessoas com a doen a de Alzheimer que se esquecem do g s aceso por exemplo ou at mesmo para pessoas que tenham sofrido alguma amputa o ou que tenham alguma defici ncia nalgum membro 6 Analisando os exemplos especificados no par grafo anterior podem encontrar se diversas formas de contornar os problemas atrav s do uso da tecnologia fornecida por uma casa inteligente Quando uma pessoa n o consegue abrir uma porta ou utilizar uma chave para o efeito pode ser utilizado um sistema que trata dessa tarefa sem qualquer movimento da pessoa Atrav s de v rios sensores o sistema detecta e efectua o reconhecimento da pessoa e consoante a identidade detectada o pr prio sistema decide se abre ou n o a porta automaticamente Considerando uma pessoa com uma defici ncia auditiva ouvir uma campainha a tocar um problema para ela Para resolver esta quest o pode ser utilizado um sistema de vibra o em que a pessoa transporta com ela um dispositivo que vibra caso seja detectado um evento do g nero como por exemplo algu m a tocar a campainha Em rela o ao ltimo exemplo apresentado no caso de uma pessoa possuir a doenga de Alzheimer ou seja muito facilmente se esquece do que estava a fazer a solugao inteligente providencia um sistema de alerta que avisa a pessoa atrav s de um som de uma mensagem de
71. o equipamento m vel ser muito mais limitado em termos de processamento e mem ria do que os dispositivos citados anteriormente Em termos de perda de pacotes neste cen rio esta situa o n o se verificou pois foram todos recebi dos e devolvidos origem Isto deve se ao facto do equipamento ter o tempo necess rio para processar e voltar a enviar cada pacote 5 3 4 Envio de pacotes em rajada atrav s de uma rede externa Na realiza o deste teste ligou se o smartphone a uma rede externa ao iDASH de modo a simular uma liga o de fora da rede interna De modo a se conseguir fazer o encaminhamento dos pacotes para a rede da casa inteligente foram introduzidas regras de NAT como foi apresentado no cap tulo de implementa o Este cen rio est exemplificado na figura 57 am 4 d A Intemet Rede de casa Figura 5 13 Cen rio de funcionamento da interac o remota Depois de p r em pr tica o cen rio apresentado acima foi ent o realizado o teste de envio de 5000 pacotes em rajada sem qualquer intervalo entre cada um Tempo de resposta consoante o pacote enviado rajada ms Tempo de resposta ms 2 w o 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 N mero de pacotes enviados Tempo de resposta ms consoante o pacote enviado rajada ms Figura 5 14 Tempo de resposta ao envio de pacotes em rajada sem intervalo Na figura verifica
72. o evento e enviado em Broadcast para toda a rede interna Desta forma ali s este o princ pio de funcionamento do iDASH todos os equipamentos registados na solu o t m conhecimento dos acontecimentos que se v o realizando Adicionalmente esta componente tamb m gere o estado do ambiente ou seja quando um utilizador muda de localiza o este m dulo que trata de desligar os servi os na localiza o anterior e voltar a activ los na nova localiza o bem como trata de criar tratados os eventos Como j foi dito mais acima o processo de localiza o realizado atrav s de ultra sons e quando detectada uma nova localiza o s o ent o enviadas as devidas mensagens para fazer a transi o e Detec o Gest o de perfil Este componente permite identificar os utilizadores na casa inteligente No caso do smartphone o utilizador identifica se atrav s da sua voz que detectada e convertida para texto e Aplica es Neste m dulo est o inclu das a interface e a aplica o de mordomo digital atrav s deste componente que o utilizador pode interagir com o ambiente inteligente No desenvolvimento desta componente optou se por manter a coer ncia entre o trabalho que j tinha feito no iDASH de modo a conseguir manter a interoperabilidade e a transpar ncia entre os dispositivos Na figura 4 9 esta representado o fluxo de informa o que gerado quando o equipamento m vel recebe uma mensagem no porto 3
73. o sistema transitava todos os servi os que estavam activos na localiza o antiga para a nova Aparentemente esta era uma solu o fi vel e eficaz Contudo apresenta a desvantagem ali s como quase todos os mecanismos de identifica o existentes actualmente de ser necess rio o utilizador interagir directamente com o espa o de modo a efectuar altera es no ambiente Como tal e gra as utiliza o de um equipamento m vel multifuncional pensou se em inovar esta situa o atrav s da cria o de uma forma de localiza o indoor sem necessidade de interac o por parte da pessoa Foi estudada a identifica o do local atrav s de bluetooth e Wi Fi o que seria uma mais valia pois n o seria necess rio a adi o de qualquer equipamento ao utilizador pois actualmente praticamente todos os smartphones j possuem ambas as tecnologias Foi elaborada uma pequena investiga o sobre estes m todos e verificou se que todos os testes j realizados apontavam para uma precis o muito baixa como foi discutido no cap tulo do estado da arte Como foi referido na sec o Estado da Arte a detec o atrav s de ultra sons apresenta se como sendo o mais fi vel e neste caso com menor custo Posto isto decidiu se prosseguir com esta forma de localiza o interior Inicialmente foi criada uma aplica o onde estariam implementadas as fun es para a emiss o dos ultra sons a partir de uma m quina numa sala e outra m quina na outr
74. oas desabilitadas Neste caso os movimentos dos bra os e os gestos das m os s o traduzidos em comandos captura do movimento independente da utiliza o de c maras de alta reso lu o Os comandos s o interpretados pelo smart home Este um dispositivo f cil de utilizar e simples que pode melhorar a comunica o e o estilo de vida de muitas pessoas aumentando a sua qualidade de vida Um novo produto que tamb m faz uso da sensoriza o directa o Kinect da Microsoft2 Este artigo foi lan ado recentemente e tem tido um enorme sucesso Este dispositivo faz uso de uma c mara que detecta os movimentos efectuados pelos jogadores Estes movimentos podem ser muito variados desde movimentos de pernas de bra os entre muitos outros Uma das grandes vantagens deste dispositivo al m de permitir a detec o de movimentos que n o necessita de qualquer aparelho no utilizador permitindo ao utilizador estar livre de qualquer comando ou sensor 2 2 2 Utiliza o de sistemas dedicados Sensoriza o indirecta Devido ao facto do n mero de pessoas desabilitadas a viverem sozinhas estar a aumentar significa tivamente necess rio um sistema que monitorize o comportamento di rio das pessoas para manter as suas vidas saud veis e detectar uma potencial emerg ncia O sistema deve ser desenvolvido com sensores e de modo a n o serem intrusivos para as pessoas thttp www healthcare philips com main homehealth sleep acti
75. ome pois ele pode gerar novos eventos sem ter de interagir directamente com a aplica o A utiliza o do aceler metro permite visualizar e ou ouvir os conte dos multim dia que est o a ser transmitidos numa determinada localiza o O microfone permite que o utilizador se identifique perante a casa atrav s da sua voz Desta forma foi poss vel retirar a necessidade dele ter de transportar uma tag RFID ou de digitar um c digo para realizar este processo 19 3 1 9 Interac o remota A possibilidade do utilizador conseguir controlar a sua casa dist ncia sem estar directamente ligado a ela apresentou se como uma funcionalidade muito til Isto porque deste modo ele tem a possibilidade de por exemplo activar um servi o na casa para indicar a presen a de algu m dentro da mesma 3 1 10 Novas aplica es Finalmente com este objectivo pretendeu se criar novas aplica es directamente integradas no iDASH que permitissem aumentar o leque de funcionalidades deste sistema A cria o da aplica o Mordomo Digital pretendeu responder a este objectivo atrav s da cria o de uma agenda partilhada por todos os utilizadores de uma determinada casa inteligente Esta aplica o permite criar tarefas as quais s o publicadas para um servidor central e onde todos os outros dispositivos m veis se actualizam A interface web existente tamb m permite visualizar as mesmas directamente a partir de uma televis o por exemplo Tam
76. or pretende ter o total controlo sobre a sua infra estrutura como por exemplo poder deslocar se no interior da mesma fazendo com que o ambiente passe de uma localiza o para outra Este aumento da comodidade tem sido essencialmente a consequ ncia das altera es que t m ocor rido ao n vel das tecnologias de comunica o A introdu o da banda larga e posteriormente da fibra ptica para liga es desde o operador at casa dos clientes veio permitir a introdu o de novos servi os relacionados com os conte dos multim dia Mesmo ao n vel das casas em si actualmente uma grande diversidade de equipamentos j possuem a capacidade de se ligar rede da mesma fazendo com que estes dispositivos estejam todos interligados numa rede muito diversificada As televis es por exemplo pos suem o mecanismo DLNA que permite que estas se encontrem ligadas rede e internet Desta forma poss vel apresentar novos servi os que antigamente apenas eram acess veis atrav s de um computador Contudo esta situa o trouxe consigo os problemas de heterogeneidade pois o modo de funcionamento de uma televis o completamente diferente de um computador por exemplo De forma a resolver o problema apresentado no par grafo anterior da grande quantidade de equipa mentos ligados rede de casa e da sua heterogeneidade necess rio existir algo que fa a a interliga o entre todos eles da o aparecimento dos middlewares para os amb
77. orma a ser interoper vel com toda a solu o j existente Esta situa o permite demonstrar que este projecto pode ser utilizado em qualquer equipamento independentemente da linguagem em que o desenvolvimento feito 4 3 Funcionalidades e aplica es Neste ponto ser o apresentadas todas as funcionalidades e aplica es criadas para este projecto bem como ser demonstrada como estabelecida a interac o entre todos os dispositivos e entre a casa e o smartphone 4 3 1 Interface Para o desenho da interface teve se especial aten o aos aspectos est ticos e funcionais Isto tentou se criar uma interface que fosse agrad vel para o utilizador que fosse de f cil interac o e onde n o seriam necess rios demasiados processos para realizar uma determinada ac o Esta foi dividida em quatro janelas as quais passam a ser descritas abaixo Janela principal Depois do utilizador se identificar esta a primeira janela que lhe aparece Nela ele pode visualizar se se encontra ligado casa inteligente em que local da mesma est e qual foi o ltimo evento a ser recebido pelo dispositivo m vel Quando o utilizador n o se encontra ligado apresentada uma mensagem a inform lo de tal situa o Janela de servi os Nesta janela s o apresentados todos os servi os existentes na smart home E tamb m poss vel verificar quais os servi os que se encontram activos desactivos e lhe dada a possibilidade de rea
78. os foi utilizado o mesmo esquema de mensagens Desta forma garante se que todos os dispositivos conseguem comunicar uns com os outros 3 1 2 Descoberta de servi os Este requisito passa pela obten o dos servi os existentes na casa inteligente apresentando os ao uti lizador A partir da interface existente no equipamento m vel ele tem a possibilidade de activar e ou desactivar qualquer servi o Adicionalmente fornecida alguma informa o ao utilizador de modo a permitir lhe perceber qual a fun o de um determinado servi o 3 1 3 Gest o de contextos Depois de estar estabelecida a base de funcionamento da solu o atrav s dos requisitos anteriores a componente de gest o de contextos uma das funcionalidades mais importantes para a mesma Gra as introdu o deste processo no smartphone poss vel realizar a altera o do contexto sem qualquer interac o por parte do utilizador pois um processo totalmente autom tico e transparente para ele Esta funcionalidade permite ao utilizador mover se dentro de casa e o ambiente ser automaticamente transportado para onde ele vai Esta componente tamb m respons vel por todo a parte de cria o e tratamento de eventos 3 1 4 Interface Uma interface de f cil utiliza o e esteticamente apresent vel muito importante para um utilizador Se for relativamente simples efectuar as ac es pretendidas ele n o se ir aborrecer e aumentar a sua satisfa
79. pacote Ou seja o que se quer dizer com isto que apesar de existir um intervalo entre o envio das mensagens ao longo do tempo esse intervalo vai sendo reduzido do lado do smartphone pois como foi dito ele geralmente demora mais de 100 ms a realizar o processo pretendido Por volta do pacote 1500 a aplica o for ada a parar porque j se encontra a consumir demasiados recursos e este consumo continua a aumentar drasticamente visto ele n o ser capaz de responder s mensagens no tempo devido 55 Perda de pacotes no iPod intervalo de 1 segundo entre cada pacote Perda de pacotes G Paragem da aplica o o 100 250 500 750 1000 1250 1500 1636 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 N mero de pacotes enviados em perda de pacotes no IPod intervalo de 1 segundo entre cada pacote Figura 5 11 Perda de pacotes na recep o com intervalo de 100 ms Contrariamente ao que se verifica no teste anterior aqui a percentagem de perda de pacotes constante e quase nula Isto acontece gra as ao intervalo entre envio de pacotes pelo servidor O nico aumento verifica se na paragem da aplica o Concluindo a introdu o de um intervalo entre envio de pacotes apesar de ser muito pequeno veio permitir que a percentagem de perda de pacotes fosse quase nula ao longo do tempo Contudo o n mero de pacotes que fica em fila de espera no dispositivo m vel para ser executado aumenta e
80. perfil do utilizador indo ao encontro das necessidades e pretens es dos utilizadores bem como permitir a activa o desactiva o dos servi os associados Adicionalmente veio tamb m possibilitar a utiliza o de comandos remotos como o comando da Wii para controlar dispositivos existentes na casa inteligente Na imagem 2 1 poss vel visualizar a compara o entre as duas arquitecturas descritas acima Cm np SRS RE Saio ES E Sp Arquitectura DASH Arquitectura iDASH Figura 2 1 Evolu o da arquitectura DASH para a arquitectura iDASH Basicamente pode se concluir que as principais diferen as entre o DASH e o iDASH foi a cria o e integra o dos m dulos de gest o de contexto de perfil e de liga es assim como a cria o de uma interface gr fica mantendo se todos os princ pios b sicos do DASH 2 2 Sensoriza o A integra o de actuadores nas redes de sensores muitas vezes considerada a evolu o que devem seguir as redes sem fios de sensores Esta integra o muito importante pois minimiza a infra estrutura necess ria As redes de sensores t m a capacidade de auto configura o que simplifica o processo de instala o dos sistemas de automa o das casas Uma rede de sensores possuidora de intelig ncia quando ela se consegue adaptar a uma situa o e apresenta determinada informa o no momento Ou seja uma rede inteligente aquela que consegue tomar decis es em determi
81. rocura melhorar o que j existe aprimorando as funcionalidades existentes e introduzindo novas tanto no ambiente residencial como empresarial J se consegue ter boas solu es que melhoram substancialmente a qualidade de vida principalmente a pessoas desabilitadas ou a idosos Outro grande avan o que tem ajudado ao desenvolvimento dos ambientes residenciais inteligentes tem sido a prolifera o dos smartphones Estes t m vindo a ter um desenvolvimento enorme pois hoje podemos obt los a todos os pre os e com muitas funcionalidades tais como diversos sensores entre eles o aceler metro A sua utiliza o para controlo ou monitoriza o de uma casa ainda est numa fase muito embrion ria mas cada vez se utilizam mais na investiga o para casas inteligentes Seguidamente passa se a efectuar uma an lise de todos os projectos e aplica es acima descritos e o que neles falta motivando o desenvolvimento deste projecto De um modo geral se analisarmos a tabela onde est o especificadas as caracter sticas dos projectos e aplica es em estudo podemos partida dizer que os projectos n o satisfazem a finalidade http www loxone com Pages en Shttp aycontrol com http www smarthomesolutions com pdfs LearnAboutHAIL pdf 13 que pretendemos ou seja um sistema em que o smartphone seja um n participativo que fa a uso dos seus sensores e que interaja directamente com a casa tendo nele uma inst ncia do iDASH ou
82. rolo da casa 2 a A 13 O Ro or Sb SR keke a Se yee VAR tres US Ge Se we See ee ee Pee a es a 13 17 GG wee eb hE Bee deed BETH EGE EEE EEE HE E h 18 24444 2G bee eden eee eee de SERRA EEE SY 18 we BERLE EERE Dee eee h eho baese tek BES 18 3 1 3 Gest o de contextos 2 a a a 18 ig Oe Ee EE EERE o e aaa a a a a ae OEE SE EE OS 18 LH dd bb e AOE EDEL EE EE ee Mae dete dees 19 Dae REE AO EE Sd REEDS SEGRE SESS aS ED EEE 19 3 1 7 Gestao de eventos aoaaa aa a 19 op hE Ge Ee God EE A eS We Ee E E G 19 3 1 9 Interac o remota 2 2 a 20 Sa o pr hi teee eed Canad eeeebbe th aaae gah amp Bre 20 3 2 Arquitectura do sistema oaoa a A 20 ve bbe wed band eaets de ew ee Eee ee E A 23 bo GoMod BEN dave Chee ed Raha ee ES 24 vii 3 5 Camada de aplica es 2 a 4 Implementa o 4 1 Ambiente de Desenvolvimento cccccccccc a 4 2 Objectivos e Considera es aoo a 4 3 Funcionalidades e aplica es 2 a 4 3 1 Interface 4 3 2 Detec o de perfil 2 ee 4 3 3 Detec o de contexto 2 a 4 3 4 Visualiza o multim dia ccccccclcl ee 4 3 5 Interac o com iDASH 0 20 000 ee 4 3 6 Interac o remota 2 ea aaa aaa 4 3 7 Interface web 6 a a a 4 3 8 Mordomo digital aa ee 5 Testes e Avalia o 5 1 Metodologias de avalia o e de valida o o oo aa a A 5 1 1 Avalia o 5 1 2 Valida o 5 2 Testes 5 2 1 Cen rio d
83. s como se pode comprovar na tabela 2 1 A detec o por som o m todo de localiza o indoor que apresenta a melhor rela o fiabilidade precis o M todo Funcionamento indoor Precis o Custo da infra estrutura Fiabilidade GPS N o Fraca nula Nenhum Boa GSM Sim M dia Nenhum Boa Wi Fi Sim Boa Nenhum m dio Boa Bluetooth Sim Boa M dio Fraca Som Sim Excelente M dio caro boa Computer Vision Sim Excelente Nenhum m dio fraca Tabela 2 1 Compara o entre m todos de posicionamento atrav s de smartphones Isto acontece em parte porque o Wi Fi que se apresenta como a segunda melhor op o est muito vulner vel a interfer ncias seja por outros equipamentos que emitam ondas nas mesmas frequ ncias ou por obst culos que se encontrem no caminho das ondas E como o ouvido humano apenas consegue perceber sinais sonoros at perto dos 20000 Hz no caso dos adultos os ultra sons podem ser criados entre os 20000 e os 22000 Hz Este intervalo permite que eles sejam criados por um equipamento comum por exemplo um t pico telefone com coluna de som e possam ser captados por qualquer microfone n o sendo percept veis pelo ouvido humano Por fim o contexto definido atrav s da determina o da localiza o contudo quando esta n o pode ser definida precisamente significa que o utilizador se encontra no exterior e a detec o do con texto n o funciona N o fazia sentido utilizar outro m todo de localiza
84. s como um computador e ou um router como se pode ver em 5 3 2 Envio de pacotes em intervalos de 0 1 segundo No teste apresentado de seguida os pacotes eram enviados com intervalos de 100 mil simos de se gundo Foi tamb m medido o tempo que o smartphone demora a receber processar e enviar novamente a mensagem para a sua origem 54 Tempo de resposta consoante o pacote enviado intervalo de 1 segundo entre cada pacote ms KA e Paragem da aplica o Tempo de resposta ms f z o o 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 N mero de pacotes enviados Tempo de resposta consoante o pacote enviado intervalo de 1 segundo entre cada pacote ms Figura 5 10 Tempo de resposta ao envio de pacotes com intervalo de 100 ms O grafico 10 apresenta uma situa o diferente daquela que foi mostrada no teste anterior isto porque devido ao facto dos pacotes serem enviados com um determinado intervalo o iPod de teste consegue responder mantendo na generalidade a ordem com que as mensagens foram enviadas pelo servidor Por isso que se verifica um tempo de resposta uniforme at ao pacote 750 A partir deste ltimo o gr fico apresenta uma subida exponencial at paragem da aplica o Esta situa o acontece devido ao facto de tipicamente o dispositivo m vel demorar mais do que 100 ms a processar o
85. s recentes que o cliente n o tem Como tal ao enviar o pedido de actualiza o ao servidor este envia lhe os dados mais recentes que possui O cliente por sua vez regista as mesmas e actualiza o seu calend rio 45 Nao faz nada Figura 4 15 Actualiza o do cliente com novos dados do servidor Caso o utilizador se encontre fora de casa e pretenda inserir uma tarefa pode seguir o mesmo processo de inser o da tarefa na aplica o pois esta mesma detecta que se encontra fora de casa e trata de enviar a nova mensagem para o router de casa atrav s do seu endere o p blico 46 Testes e Avalia o Quando um novo sistema desenvolvido indispens vel que ele seja testado e validado segundo alguns par metros relevantes de modo a assegurar a sua efici ncia Nesta sec o ir ser especificado como ser o feitas a avalia o e a valida o Como cen rio de teste foi utilizado um que j tinha sido instalado para testar o iDASH e que permite demonstrar a utiliza o numa casa t pica O cen rio de teste do iDASH permite realizar todos os testes como se fosse numa casa real com v rias divis es e servi os 5 1 Metodologias de avalia o e de valida o 5 1 1 Avalia o Seguidamente s o apresentadas as m tricas com as quais foi feita a avalia o da solu o e Desempenho An lise do desempenho do iDASH no smartphone colocando o sistema sob stress de modo a se poder verificar a varia o nos
86. se que o tempo de resposta aumenta significativamente medida que v o chegando mais pacotes Aproximadamente na zona de recep o do pacote 250 o valor come a a estabilizar 58 at ao final do teste Contudo pode se verificar que o tempo de resposta m dio se situa nos 3 segundos o que bastante elevado de salientar que este foi o nico teste onde n o se verificou a paragem for ada da aplica o contudo como se pode analisar no gr fico abaixo da perda de pacotes esta vari vel est quase nos 100 o que permite afirmar que muito poucos pacotes s o devolvidos fonte A raz o pela qual a aplica o n o parou prende se com o facto que os pacotes n o chegam a ser processados pelo dispositivo m vel devido a terem sido descartados no caminho entre a rede do iDASH e o equipamento Perda de pacotes 100 00 7 90 00 80 00 70 00 60 00 50 00 40 00 Perda de pacotes 30 00 20 00 10 00 1 0 00 o S Pf e e o S S s S S s S fv sw S s S ee EF N mero de pacotes enviados S Perda de pacotes Figura 5 15 Perda de pacotes na recep o de rajadas sem intervalo Como j foi analisado no par grafo anterior a percentagem de perda de pacotes muito elevado isto quase 100 A conclus o que se pode retirar que as mensagens est o a ser descartados ou perdidas no caminho entre os equipamentos de origem e destino Esta situa o pod
87. sitivos existentes na resid ncia A resposta dos dispositivos enviada novamente para o servi o de proxy que trata de voltar a encaminhar as mensagens para o utilizador remoto Atrav s da utiliza o desta funcionalidade o utilizador pode realizar todas as ac es que pretende tal como se se encontrasse em casa Na imagem poss vel visualizar a topologia de funcionamento da interac o remota e na figura 4 12 est exemplificado o esquema de funcionamento descrito 8 Rede de casa Figura 4 11 Cen rio de funcionamento fora de casa O utilizado despoleta um evento Figura 4 12 Diagrama de funcionamento da interacgao remota Para conseguir efectuar a tradu o do endere o no router de casa foi necess rio adicionar as seguintes regras sua firewall 42 iptables t nat A PREROUTING i eth0 p udp dport 3865 j DNAT to 10 0 0 4 4545 iptables A FORWARD p udp i eth0 dport 4545 d 10 0 0 4 j ACCEPT Deste modo todos os pacotes que o router recebe com o porto de destino 3865 encaminha os para a m quina com endere o IP 10 0 0 4 e esta faz ent o a distribui o para os outros dispositivos Existia a possibilidade de colocar este proxy no pr prio router contudo num cen rio normal de uma casa os routers existentes n o permitem a introdu o de aplica es servi os de terceiros Logo a hip tese mais evidente seria colocar este servi o num equipamento que estiv
88. ss vel incluir as muitas vantagens dos smartphones apresentadas anteriormente Atrav s da inclus o destes equipamentos poss vel aumentar a comodidade dos utilizadores podendo controlar o ambiente dom s tico Estas ac es s o todas efectuadas de uma forma segura pois o utilizador ter de se identificar para ter acesso aplica o Esta arquitectura teve cumprir os requisitos descritos no cap tulo Introdu o que relembrando passaram pela migra o do iDASH ao smartphone pelo desenvolvimento de um sistema de monitoriza o e controlo da casa inteligente atrav s desse mesmo equipamento pela possibilidade de utiliza o da aplica o remotamente e pela cria o de novas aplica es integradas no iDASH Inicialmente s o apresentados os requisitos que esta solu o teve de cumprir sendo que depois apresentada de forma detalhada a arquitectura que foi desenvolvida 17 3 1 An lise de requisitos Nesta sec o passar o a ser descritos os requisitos considerados essenciais de modo a satisfazer os objectivos especificados na sec o anterior 3 1 1 Comunica o O principal requisito desta solu o passou pela cria o da componente de comunica o pois atrav s desta que o dispositivo consegue comunicar com a casa inteligente Esta teve de permitir a cria o de sockets para envio e recep o de informa es sobre o estado da casa De modo a manter a transpar ncia existente nos restantes dispositiv
89. sso normal para cria o de uma nova tarefa como se estivesse a faz lo no calend rio j existente Depois de introduzir uma tarefa ao clicar no bot o refresh o equipamentos envia as actualiza es para o servidor de conte dos multim dia Este regista essas tarefas num ficheiro XML que posteriormente pode ser visualizado na interface web do iDASH e publica as a todos os outros dispositivos iDASH Optou Se por difundir as mensagens desta forma de modo a n o se verificarem erros entre as diferentes m quinas Ao efectuar a actualiza o o servidor de conte dos multim dia tamb m verifica se o dispositivo m vel se encontra actualizado com as ltimas tarefas criadas por outros utilizadores Foi escolhido este servidor pois onde est o a ser emitidos os v deos que podem ser visualizados na casa e para tal necessita de estar sempre ligado Na imagem criada uma nova tarefa por um utilizador e enviado consequentemente um pedido de actualiza o ao servidor Este ltimo ao receber o pedido verifica que o cliente tem informa es mais recentes envia um pedido para obter as tarefas mais recentes do utilizador ent o enviada a tarefa ao servidor que a regista no ficheiro de tarefas Por fim este ltimo difunde a nova tarefa a todos os dispositivos da casa inteligente que a registam no seu ficheiro XML de tarefas 44 Figura 4 14 Cria o de uma nova tarefa e registo no servidor Na figura o servidor possui tarefas mai
90. sujeitos Contudo importante analisar bem o que se quer implementar pois novas componentes para esta solu o podem aumentar significativamente a complexidade o que pode n o ser desejado Logo indispens vel relembrar sempre as limita es f sicas seja em termos de processamento bateria ou mem ria existentes nos diferentes equipamentos pois um dos pontos fortes deste projecto a interoperabilidade Seguidamente s o apresentados alguns objectivos que podem ser pensados em trabalho futuro e Integra o de sensores t picos de uma casa tais como os sensores de temperatura e ou de humidade no middleware e Estender a aplica o que for desenvolvida no ponto anterior ao iPhone de modo a ser poss vel verificar e controlar a temperatura por exemplo de uma determinada localiza o e Cria o de uma componente que permite guardar e gerir informa es sobre os consumos energ ticos feitos na casa e Cria o de um direct rio com conte dos multim dia Dever ser poss vel visualiz los em qualquer equipamento TV iPhone etc e configurar escolher os conte dos que desejam ser vistos atrav s do iPhone e Estender esta solu o existente para o iPhone aos equipamentos com Android e Windows Phone 7 e Alterar o processo de tratamento da voz para identifica o do utilizador de modo a analisar o timbre e outras caracter sticas da voz humana e Detectar as pessoas numa determinada localiza o por
91. te automaticamente adapta se a ele ou seja os conte dos multim dia programados por ele come am a ser activados bem como luzes e outros servi os predefinidos Esta descri o est exemplificada no diagrama 5 2 49 Casa inteligente Servigos O utilizador Fol dete a identifica se ctado Pa da sua voz utilizador x enviar Activar configura es predefini es do utilizador x Figura 5 2 Cen rio 1 Detec o de perfil De seguida ele decide mudar de local contudo n o pretende perder nada do filme que estava a ver Portanto ele abana o dispositivo m vel e continua a visualizar o filme no mesmo e quando entra na nova localiza o detectado e os conte dos s o automaticamente transferidos para esse novo local como se pode ver na figura 5 3 Utilizador x Sala 1 Sala 2 Casa Inteligente dp SSDS Est continuamente a enviar ultrasons com a identifica o Est continuamente a enviar ultrasons com a identifica o Est na sala 1 Inicia a visualiza o de conte dos no equipamento m vel e movimenta se para a sala 2 Detecta que est na sala 2 e envia mensagem indicando a nova Detecta a nova localiza o localiza o e activa os servi os na mesma Activa as predefini es do utilizador x Figura 5 3 Cen rio 2 Detec o de contexto e visualiza o de conte dos multim dia no smartphone Mais tarde decide verificar a agenda da casa d
92. tempos de resposta e na perda de pacotes Estes testes 47 foram realizados atrav s do envio de varios pacotes em rajada com diferentes intervalos de tempo e Consumo de bateria An lise do consumo da bateria do equipamento m vel utilizando os diferentes servi os aplica es e Usabilidade An lise da facilidade de utiliza o da solu o atrav s de demonstra es com utiliza dores reais e Desempenho remoto An lise do desempenho do iDASH no smartphone estando este ligado a uma rede externa casa inteligente colocando o sistema sob stress de modo a se poder verificar a varia o nos tempos de resposta e na perda de pacotes Como est especificado na parte da usabilidade foi dada a possibilidade a utilizadores sem qualquer conhecimento do sistema de testar a solu o e foram utilizados os seus coment rios para enriquecer a avalia o 5 1 2 Valida o De modo a poder avaliar correctamente a solu o e obter resultados fidedignos foi utilizado um cen rio real o qual j existe tendo sido instalado no decorrer da tese iDASH no laborat rio do GEMS Neste cen rio foi acrescentado o dispositivo m vel que funcionou como outra inst ncia a correr o middleware como j foi dito anteriormente 5 2 Testes De modo a testar e verificar a viabilidade desta solu o foi criado um cen rio de teste com v rias situa es t picas de utiliza o num ambiente residencial Adicionalmente fundamental
93. ters e computadores Mas deve se salientar que estes ltimos equipamentos t m um desempenho muito superior principalmente gra as ao processador que possuem e fonte de energia Acredita se que com os equipamentos Apple mais recentes 2010 os resultados seriam completamente diferentes Por fim importante real ar o bom desempenho obtido numa liga o remota pois todo o tr fego atravessa v rias redes alvo de processamento no router de casa sendo depois encaminhado para um equipamento e finalmente distribu do a todos os dispositivos da casa inteligente A crescente evolu o nos equipamentos m veis multifuncionais poder permitir a utiliza o de novas caracter sticas tais como novos sensores girosc pio entre outros para a cria o de novas funcionalidades e ou aplica es Finalmente com os resultados obtidos pode se afirmar que a integra o dos smartphones nas casas inteligentes vi vel e uma mais valia verificando se que a aplica o criada muito bem aceite pelos uti lizadores principalmente ao n vel da interface Estes resultados tamb m nos mostram que a componente m vel acrescentada neste projecto ao iDASH permite aumentar a comodidade e satisfa o das pessoas 70 proporcionando lhes uma melhor qualidade de vida 6 1 Trabalho Futuro Actualmente existem muitos desafios que podem ser tidos em conta de modo a melhorar e adaptar esta solu o ao constante avan o tecnol gico a que estamos
94. ue 15 4 1 Correspond ncia entre frequ ncias de som utilizadas e s mbolos enviados 34 5 1 Consumo da bateria consoante a aplica o que esteja activada 63 eee Te eee e er eee 78 xiii xiv Lista de Acr nimos DHCP DLNA FFT GEMS GPS GSM iOS MEMS PDA RFID SMS SSL TLS UDP VPN Dynamic Host Configuration Protocol Digital Living Network Alliance Fast Fourier transform Group of Embedded networked Systems and Heterogeneous Networks Global Positioning System Global System for Mobile Communications iPhone OS Internet Protocol Micro Electro Mechanical Systems Personal digital assistant Radio Frequency IDentification Short Message Service Secure Sockets Layer Transport Layer Security User Datagram Protocol Virtual Private Network XV xvi Introducao Actualmente a tecnologia torna se cada vez mais imprescind vel no nosso dia a dia uma evolu o que chega a ser impercept vel ao Homem acoplando se aos objectos que nos rodeiam abrangendo v rios sectores para al m das telecomunica es sejam eles o autom vel a sa de ou at na ind stria aeroespacial Um dos grandes incentivos ao constante desenvolvimento tecnol gico tem a ver com a comodidade O utilizador quer servir se de algo da forma mais f cil poss vel pelo que a tecnologia tem evolu do de forma a satisfazer esse requisito Ou seja no contexto dos ambientes residenciais o utilizad
95. ultifuncional 4 3 2 Detec o de perfil Na solu o inicial do iDASH o perfil de um utilizador era detectado atrav s de uma tag RFID ou de um c digo introduzido no Arduino Mas com a introdu o de um novo equipamento no cen rio neste caso o equipamento m vel possu do pelo utilizador deixa de fazer sentido a detec o atrav s desses m todos pois o smartphone pode ser utilizador para o efeito E o dispositivo de RFID seria algo mais que a 31 pessoa teria de transportar com ela Posto isto optou se pela utiliza o da pr pria voz da pessoa para a identificar na casa inteligente O projecto OpenEars foi desenvolvido para ser utilizado em dispositivos da Apple e permite converter a voz captada em texto Para a ferramenta conseguir efectuar a convers o foi necess ria a cria o de um dicion rio de palavras no qual feita uma pesquisa por cada palavra recebida Este dicion rio foi criado atrav s de um site onde foi colocado um ficheiro com as palavras que se pretendeu incluir no mesmo Desta forma adaptou se este projecto a toda a solu o desenvolvida de modo a quando o utilizador inicia a aplica o de controlo e monitoriza o da casa seja lhe pedido para se identificar Este tem de indicar a identifica o que lhe foi atribu da sendo que de seguida a voz captada convertida em texto e a analisada para verificar se corresponde correcta identifica o do sujeito Se esta estiver correcta ent o
96. uzida a nova tarefa Figura 5 6 Cen rio 5 Cria o de tarefa fora da rede da casa inteligente Fora de casa o utilizador acede aplica o da mesma e atrav s de uma liga o 3G ou um hotspot wifi liga a luz da sala de modo a indicar presen a na habita o como est apresentado na imagem 5 7 Utilizador x Casa Inteligente Servi os a Externamente atrav s de uma liga o de dados liga se casa detectado o utilizador x Conectado O utilizador clica para activar a luz na sala 2 activado o servi o pretendido Figura 5 7 Cen rio 6 Utiliza o da aplica o de monitoriza o e controlo da casa numa rede externa 5 3 Resultados Nesta sec o s o apresentados os resultados obtidos dos testes realizados no ambiente descrito an teriormente Para a realiza o dos testes abaixo apresentados foi criada uma aplica o que gerava e enviava mensagens de obten o de servi os ao dispositivo m vel e depois este respondia Foram testados os cen rios de utiliza o local e remota onde eram enviados cerca de 5000 pacotes sem qualquer intervalo 52 entre cada e com um intervalo de 0 1 segundo entre cada O envio de tal n mero de pacotes num espa o de tempo t o pequeno serviu para efectuar uma compara o com os testes realizados no iDASH os quais utilizavam esta metodologia No final s o apresentados os resultados do envio de pacotes com intervalos aleat rios de modo a retr
97. v rios servi os sob uma espantosa interface de utilizador Al m desta migra o a utiliza o das capacidades sensoriais destes dispositivos poder melhorar e inovar a forma como o pr prio utilizador interage com a sua casa Este trabalho pretendeu dar continuidade ao middleware iDASH 1 o qual permite criar uma camada de abstrac o expandido a s plataformas m veis mais concretamente aos equipamentos desenvolvidos pela Apple Adicionalmente foi criada a possibilidade de interagir remotamente com a casa inteligente O resultado final ir permitir que todas as opera es que eram realizadas at ao momento em dispositivos est ticos isto computadores ou m todos de detec o de presen a atrav s de c digo ou RFID sejam realizadas nos dispositivos da Apple Com os resultados obtidos dos testes realizados verificou se que esta solu o introduz uma melhoria significativa na interac o com a casa por parte dos utilizadores Palavras chave iPhone iDASH Smart Home Middleware Context aware Contetido 1 bhadA DA Ba ewe AA EEE dee RHEE od hE EE 2 Sages SMR REED eae See hE Ge EES Oe oak BD 3 5 2s UTA EPS ae Ss pio Goo Be Se ake heheh iy eta een ay A EB Seca Rae amp RO ee So 6 oe po Pape nh a e PR oe es Bone o e Bi aoe wy ace ee o eee Se o ida 7 peeneada pd des a 8 2 2 2 Utiliza o de sistemas dedicados Sensoriza o indirecta 9 E a nine 10 Eu RD A a o Bs STE E Ra ee RS RR ee 11 2 4 Aplica es de cont
98. watch default wpd 2http download cge cz MICROSOFT Xbox LIVE Attach 500ff Flash prezentace CZECH Xbox 360 Kinect Gui delines pdf Como tal a monitoriza o da sa de de uma pessoa est a ser um dos grandes focos da investiga o na area de smart homes O projecto Estimation of indoor physical activity level based on footstep vibration signal measured by MEMS accelerometer for personal health care under smart home environments foi um trabalho desenvolvido para a monitoriza o do n vel de energia da pessoa em causa Para efectuar esta monitoriza o s o utilizados sensores de ambiente Atrav s de par metros estat sticos extra dos do passo e do andar s o estabelecidos padr es e analisada a varia o desses padr es Periodicamente enviada informa o sobre a pessoa ao seu m dico Para completar esta sec o de aplica es projectos apresenta se o Taking the Mystery Out of Sen sing Devices in the Home 13 que faz uso de ambos os tipos de sensoriza o tanto indirecta como directa Este um sistema que fornece informa o em tempo real atrav s de sensores distribu dos pela casa De forma a avaliar o estado corporal do utilizador s o utilizados dados fornecidos por uma c mara e por sensores de press o colocados no colch o que utilizado Adicionalmente esses dados podem ser introduzidos num smartphone fazendo com que seja poss vel personalizar o treino 2 2 3 Utiliza o do smartphone como u
99. xponencialmente at ao momento em que a aplica o parado de modo a n o esgotar todos os recursos 5 3 3 Envio de pacotes em intervalos aleat rios No teste seguinte os pacotes eram enviados com intervalos aleat rios de modo a simular uma situa o real no contexto da casa inteligente Foi tamb m medido o tempo que o smartphone demora a receber processar e enviar novamente a mensagem para a sua origem 56 120 Tempo de resposta ms 40 20 o 2 D 9 P P e PO 9 s S S S S s S Bs ON S PF e hi S LP PPLF Sg S D N mero de pacotes enviados eme Tempo de resposta consoante o pacote enviado aleatoriamente ms Figura 5 12 Tempo de resposta ao envio de pacotes com intervalos aleat rios O grafico 5 12 permite verificar que a aplica o funcionou correctamente durante todo o teste nao se verificando qualquer paragem forgada Os tempos de resposta obtidos situam se perto dos 100 ms sendo aceit veis para o cen rio em quest o pois este tempo acaba por n o ser percept vel ao utilizador Contudo se compararmos com os resultados obtidos em 1 verificamos que os valores s o cerca de 300 mais elevados Esta situa o deve se a v rios factores como a utiliza o de uma liga o sem fios por parte do smartphone ao contr rio do que acontece com os computadores e os routers existentes no cen rio de teste que estavam ligados atrav s da rede cabeada O outro factor prende se com o facto d
100. y equipments developed by Apple Additionally it enables the possibility to interact remotely with home The final result will allow all operations that were carried out until now in static devices like computers or presence detection methods through code or RFID are carried out in Apple s multifunctional mobile phones With the tests results it can be concluded that this solution introduces a significant improvement in user s interaction with his house Keywords iPhone iDASH Smart Home Middleware Context aware iii Resumo Recentemente tem se verificado um aumento dos dispositivos e das aplica es para as casas inte ligentes Esta situa o tem levado a que se verifique uma heterogeneidade cada vez maior em termos de equipamentos e liga es entre eles Logo existe uma grande necessidade na cria o de solu es que facilitem a interliga o de todos estes componentes permitindo fornecer um funcionamento totalmente transparente ao utilizador Esta camada de abstrac o define o conceito de middleware Al m deste pro blema de heterogeneidade deve se tamb m pensar em aumentar a usabilidade proporcionada melhorando a comodidade do utilizador Devido s grandes evolu es tecnol gicas mais precisamente na rea dos dispositivos m veis mul tifuncionais impens vel n o imaginar a migra o deste tipo de middlewares em tais equipamentos pois permitir fornecer aos utilizadores uma excelente integra o de
101. zador Como tal esta parte foi criada para toda a gest o do sistema e posteriormente permitir o desenvolvimento de aplica es que fa am uso de v rias caracter sticas do dispositivo m vel para a interac o com o smart home 3 4 Migra o do iDASH para o smartphone Os telefones celulares multifuncionais s o dispositivos com capacidades limitadas seja ao n vel do processamento da mem ria ou do espa o de armazenamento mas principalmente a autonomia Outro factor que limita ainda mais estas capacidades o facto de ter outros servi os que muitas vezes est o 24 em cont nuo funcionamento tal como as interfaces de comunica o podendo reduzir a carga da bateria drasticamente Para efectuar a migra o para o novo equipamento m vel foi utilizada a mesma estrutura modular do iDASH facilitando o pr prio funcionamento do middleware Por isso foram mantidos os m dulos descritos na sec o Estrutura modular do iDASH Na imagem 3 4 pode ser visualizada a arquitectura desenhada Aplica es Gest o de contextos Gest o de perfis Gest o de eventos Comunica o Pesquisa Figura 3 4 Arquitectura do iDASH para o smartphone Desta arquitectura importante salientar que os m dulos criados no iDASH foram transportados para esta nova arquitectura excep o da componente que geria as liga es pois no equipamento m vel n o se verifica essa necessidade visto que ele apenas utilizar a liga
102. zer esta distin o pois a linguagem de programa o destes dispositivos unicamente utilizada neles Logo como desenvolvido para estes equipamentos n o pode ser utilizado em ambientes como o Android ou o Windows Phone 7 Tomando por base este ponto pode se logo verificar que este projecto interoper vel ao n vel das linguagens de programa o Isto porque a solu o desenvolvida anteriormente baseada em Python e a que foi desenvolvida para o smartphone baseada em Objective c Tendo por base a arquitectura do iDASH s o desenvolvidos os seguintes m dulos e Comunica o Este m dulo respons vel pela interoperabilidade entre os diferentes dispositivos existentes na casa inteligente e Descoberta de servi os Este m dulo gere os servi os existentes criando uma lista dos existentes nos equipamentos presentes na casa inteligente e controlados pela solu o e Gest o de eventos Este m dulo respons vel pela cria o elimina o dos sockets e pelo envio recep o das mensagens iDASH Para este processo foi utilizada a biblioteca asyncsocket e Gest o de contexto Neste m dulo s o geridos todos os eventos despoletados bem como a partir nttp code google com p cocoaasynesocket 38 dele que sao gerados os eventos pelo smartphone Quando recebido um evento ele tratado e s o realizados os processos pretendidos Quando o dispositivo m vel cria uma nova ac o criado

Tese 3,4 MB - Técnico Lisboa

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