PT107370A - Arquitetura reconfigurável para sistemas embebidos orientados-à-missão - Google Patents

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO REFERE-SE A UMA ARQUITETURA DE UM SISTEMA (10) DE SENSORIZAÇÃO/ATUAÇÃO DISTRIBUÍDO E CONTROLADO REMOTAMENTE CAPAZ DE SUPORTAR DIVERSAS APLICAÇÕES EM SIMULTÂNEO SEGUNDO DIFERENTES NÍVEIS DE DESEMPENHO. OS MÓDULOS COMPUTACIONAIS QUE CONSTITUEM O SISTEMA (10) INTERLIGAM-SE ATRAVÉS DE UMA REDE QUE LHES PERMITE RECEBER OS PEDIDOS DE MISSÃO. A REDE PERMITE TAMBÉM QUE RETORNEM OS DADOS ADQUIRIDOS E PROCESSADOS.A ESTA INVENÇÃO DIZEM RESPEITO AS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DOS NÓS DA REDE, DORAVANTE DESIGNADOS POR DISPOSITIVOS (7), BEM COMO A FORMA COMO ESTES SÃO ORGANIZADOS.UM SISTEMA (10) É COMPOSTO POR CONJUNTOS (8), CADA CONJUNTO (8) É COMPOSTO POR DIVERSOS DISPOSITIVOS (7), SENDO UM DELES O LÍDER (6) DO CONJUNTO (8), E CADA DISPOSITIVO (7) COMPREENDE UNIDADES DE CINCO TIPOS DIFERENTES: A UNIDADE DE PROCESSAMENTO CENTRAL (1), A FONTE DE ENERGIA INTELIGENTE (2), O SENSOR/ATUADOR (3), O TRANSCETOR (4) E A UNIDADE DE PROCESSAMENTO AUXILIAR (5). A LIGAÇÃO DO SISTEMA (10) À INTERNET É FEITA ATRAVÉS DO VORTEX (9).

Description

DESCRIÇÃO

ARQUITETURA RECONFIGURÁVEL PARA SISTEMAS EMBEBIDOS

ORIENTADOS—À—MISSÃO

Campo da invenção

Campo técnico em que a invenção se insere

Esta invenção integra-se no paradigma dos Sistemas Embebidos, podendo ser aplicada em qualquer sistema embebido genérico ou em áreas que envolvem certas restrições, nomeadamente ao nivel da gestão de energia e das comunicações, como é o caso das Redes de Sensores.

Estado da técnica

Os sistemas embebidos são habitualmente projetados de acordo com um modelo em espiral, onde o método de ajustar a arquitetura final às especificações consiste em realizar várias iterações que se aproximam do objetivo final [1]. No entanto, uma vez instalados, estes sistemas são dificilmente reconfiguráveis, o que significa que qualquer pequena alteração aos requisitos pode levar a grandes modificações no sistema, tanto ao nivel de software como de hardware.

Esta baixa reconfigurabilidade é particularmente prejudicial para os sistemas cujas restrições não permitem que operem no nivel máximo de desempenho durante todo o seu tempo de vida. Um exemplo paradigmático são as Redes Sem Fios de Sensores, que não podem ter os seus módulos de processamento e comunicação sempre ligados devido às restrições energéticas. Um subconjunto destas, as Redes Sem Fios de Sensores Multimédia [2], é ainda mais sensível a este problema visto que os dispositivos de captação de imagem/som/vídeo necessitam de mais potência elétrica do que os sensores escalares e acabam por consumir tanta energia como os módulos de processamento e comunicação. Outro aspeto que pode ser visto em [2] é a evolução das plataformas que suportam estes sistemas de forma modular (necessitando, ainda assim, de reprogramação e reinstalação para se adaptarem a novas aplicações) mas não em termos de reconfiguração. Um sistema destes que permita reconfigurabilidade reduzirá também, de forma imediata, os seus custos de manutenção, ao mesmo tempo que permitirá suportar uma maior variedade de aplicações e de protocolos desenvolvidos para as aplicações já existentes. Há vários pedidos de patente neste campo técnico, sendo que o nível de abstração e a abordagem à resolução dos problemas não se aproximam desta invenção. Os primeiros trabalhos, como [3], [4] e [9], descrevem um conjunto de características que qualquer Rede Sem Fios de Sensores poderá ter e que nos anos seguintes foram aprofundados tanto na área académica como na indústria. A configuração indicada consiste num conjunto de sensores que recebem sinais do ambiente e os processam para disponibilizar a um utilizador localizado remotamente. Em [3] e [9] os autores descrevem o comportamento da rede e em [4] a estrutura dos mesmos, de forma semelhante ao apresentado em [2] . Estes trabalhos iniciais não fazem menção a estratégias de reconfiguração dinâmica e, em termos de energia, apenas referem que os nós da rede devem ter noção da carga restante na alimentação e comunicá-la. A reconfiguração dinâmica é abordada em [5], embora os autores o façam apenas ao nivel dos nós da rede, não há referência à organização dos dispositivos para formar a rede nem a reconfiguração em tempo real. A ideia dos autores é terem um sistema pré-programado que configura automaticamente os sensores, de forma a ser preciso pouco mais do que fazer as ligações físicas (quasi plug and play) . Acabada esta primeira fase, o módulo não mais se reconfigura durante o seu tempo de operação.

Em [6], é referida uma unidade de sensorização capaz de recolher dados de vários eventos diferentes, reconfigurando-se de acordo com aquilo que quiser medir em cada altura, e capaz de transmitir os seus dados via rádio. No entanto, não é explicado como é que as unidades se reconfiguram nem como o sistema se estabelece e quem coordena as reconfigurações. Não é especificado nenhum aspeto ao nível da rede.

Outro campo técnico onde podem ser encontrados métodos semelhantes aos aqui descritos é a área das Redes-em-chip (Network-on-a-chip). Por exemplo, em [7] os autores propõem um sistema capaz de se auto configurar através da utilização de um protocolo de comunicação comum. À partida, se todos os componentes se apresentam segundo essa mesma interface, reduz-se o tempo necessário para criar sistemas complexos porque não é preciso conhecer a estrutura interna dos mesmos. São ideias que casam com as desta invenção em termos da organização interna dos dispositivos mas que não influenciam a organização do sistema como um todo.

Em [8], os autores abordam um dos problemas que esta invenção pretende resolver (tempo de vida curto) mas de uma forma alternativa. Tentam proteger o método para construir (e reparar quando necessário) uma espinha-dorsal por onde a maior parte da informação da rede é transportada. A métrica utilizada para escolher que nós fazem parte dessa espinha-dorsal é a energia disponível mas os nós não podem ser reconfigurados para diferentes funções, apenas são colocados ou retirados dessa estrutura de acordo com o seu tempo de vida. A última patente analisada [10] propõe um esquema de reconfiguração dinâmica para que qualquer Rede Sem Fios de Sensores possa ser integrada numa área de aplicações mais ampla (business applications) . A maior lacuna é o fato de não especificarem quais os requisitos que os dispositivos da rede devem ter para poderem suportar a tal reconfiguração dinâmica. Acrescenta-se que não é proposta uma arquitetura do sistema, apenas uma camada de abstração que permita simplificar a programação e integração dos nós nas referidas aplicações.

Os avanços mais significativos em termos de reconf igurabilidade dos nós de sensores têm sido encontrados na área académica. Projetos como [11], [12] e [13] visaram esta questão recorrendo a hardware reconfigurável mas não propuseram um dispositivo totalmente reconfigurável nem consideraram a entidade a reconfigurar como um subconjunto da rede. A estratégia destes projetos corresponde a ver apenas nós isolados. Os autores de [11] centraram-se no processador, construindo-o a partir de uma unidade funcional reconfigurável e diferentes módulos dedicados a funções especificas para a área das Redes Sem Fios de Sensores, tais como o controlo do acesso ao meio. O objetivo dos autores de [12] foi melhorar a gestão das comunicações internas do nó. Sabendo que um destes dispositivos pode ter várias unidades de processamento, consideraram que seria necessário desenvolver novos protocolos de comunicação intra-dispositivo que permitissem explorar a velocidade dos diversos processadores ao máximo. Implementando estes protocolos em unidades de hardware reconfigurável, conseguiram reduzir os tempos de esperar e aumentar a velocidade de comunicação. Em [13], os autores focaram-se na interface entre a unidade de processamento e os sensores. Tornando esta interface reconfigurável, conseguiram diminuir significativamente o esforço necessário ao suporte de diversas aplicações com diferentes sensores. Tornaram-na completamente transparente ao controlador central desde que o sensor utilizado fosse suportado pelas bibliotecas desenvolvidas.

Existe a necessidade de desenvolver um método para indicar aos nós da rede as ações que devem realizar. A este conceito chamar-se-á, no decorrer do texto, missão. Ou seja, pretende-se que a organização do sistema seja despoletada por pedidos do utilizador sobre uma rede pré-instalada e não responder à abordagem habitual de pré-configurar os nós para uma aplicação conhecida. Só com uma rede preparada para qualquer missão se poderá atingir o objetivo de responder aos pedidos utilizando diferentes níveis de desempenho.

Sumário da invenção

Esta invenção refere-se a um método para suportar uma arquitetura para sistemas embebidos em rede caracterizada por ser reconfigurável. A reconfigurabilidade da arquitetura é caracterizada pela orientação a um objetivo comum - missão. A reconfiguração da arquitetura é suportada pela organização das diferentes unidades em diversos níveis de abstração - dispositivo (7), conjunto (8) e sistema (10), do mais baixo para o mais alto - para facilitar o cumprimento da missão. A reconfiguração do sistema (10) está sempre subordinada às reservas energéticas de cada um dos dispositivos que o constituem. A arquitetura é também caracterizada pela capacidade de suportar diversas aplicações em simultâneo e pela possibilidade de reajustar os diferentes níveis de abstração em qualquer momento da operação do sistema de acordo com os requisitos da missão. A arquitetura para sistemas embebidos em rede pode ser utilizada em cenários de monitorização remota de ecossistemas protegidos, em cenários de catástrofe, em cenários de monitorização de edifícios, em cenários de controlo de risco em infraestruturas físicas, em cenários de vigilância e em cenários de controlo de presenças de indivíduos ou objetos.

Descrição detalhada da invenção

Esta invenção refere-se a uma arquitetura de um sistema (10) de sensorização/atuação distribuído e controlado remotamente capaz de suportar diversas aplicações em simultâneo segundo diferentes níveis de desempenho. Os módulos computacionais que constituem o sistema (10) interligam-se através de uma rede que lhes permite receber os pedidos correspondentes às ações que devem levar a cabo sob a forma de missões. A rede permite também que retornem os dados adquiridos e processados. A forma como cada missão é adjudicada a cada módulo computacional, ou nó da rede, e os requisitos que estes devem respeitar, são explicados nos parágrafos seguintes. A esta invenção dizem respeito as características físicas dos nós da rede, doravante designados por dispositivos (7), bem como a forma como estes são organizados em diferentes níveis de abstração e os mecanismos de reconfiguração que lhes permitem completar as missões requeridas pelo utilizador.

Para melhor se compreenderem estas duas vertentes, descrevem-se primeiro os componentes do sistema (10) e depois explica-se a sua dinâmica de funcionamento.

Os níveis de organização do sistema (10) podem ser observados na Figura 1. O nível mais alto é o sistema (10), um sistema (10) é composto por conjuntos (8), cada conjunto (8) é composto por diversos dispositivos (7), sendo um deles o líder (6) do conjunto (8), e cada dispositivo (7) compreende unidades de cinco tipos diferentes: a unidade de processamento central (1), a fonte de energia inteligente (2), o sensor/atuador (3), o transcetor (4) e a unidade de processamento auxiliar (5). A ligação do sistema (10) à internet é feita através do vortex (9). Do mais geral para o mais específico, os diferentes níveis de abstração a que o sistema (10) pode ser configurado são o próprio sistema (10), o conjunto (8) e o dispositivo (7). O termo "unidade" deve ser entendido como um dos componentes básicos do dispositivo (7), seja a unidade de processamento central (1), a fonte de energia inteligente (2), o sensor/atuador (3), o transcetor (4) e a unidade de processamento auxiliar (5). As diferentes unidades são descritas de seguida. A unidade de processamento central (1) coordena as restantes unidades, isto é, determina quais devem estar ativas em cada momento e que funções devem desempenhar. Em termos de hardware, esta unidade pode ser implementada através de um microcontrolador ou de um conjunto de portas lógicas programáveis. A fonte de energia inteligente (2) diz respeito não só às fontes ambientais das quais pode ser retirada energia para alimentar o sistema (10) mas também à sua combinação com uma bateria inteligente. A bateria diz-se inteligente porque tem a capacidade de decidir de que fontes recolher a energia e também comunicar os seus níveis de carga à unidade de processamento central (1).

Sensor/atuador (3) é o termo utilizado para designar circuitos físicos capazes de medir as condições ambientais e/ou de atuar sobre o meio ambiente. Pode relacionar-se com temperatura, humidade, pressão, luminosidade, vibração, som, vídeo, localização ou qualquer outra grandeza física mensurável.

Os transcetores (4) são as unidades que permitem a comunicação entre dispositivos (7), entre os conjuntos (8) e entre os conjuntos (8) e o vortex (9) . Estes são, geralmente, de três tipos: interfaces de muito baixo débito (utilizadas para ações de despertar e para sinalização), débito moderado (para gestão da rede) e alto débito (para transmissão de dados multimédia). Podem ser implementados como circuitos integrados independentes ou através de uma única unidade de rádio reconfigurável como um Rádio Definido por Software (Software Defined Radio). A unidade de processamento auxiliar (5) é um módulo de hardware reconfigurável que possibilita que o mesmo dispositivo (7) efetue diversas operações e que concretize iguais operações em diversos modos de desempenho. Estas podem ir desde a aquisição de informação dos sensores/atuadores (3) e gestão de transcetores (4) até à coordenação da comunicação entre as diversas unidades do mesmo dispositivo (V), empacotamento de mensagens, compressão de informação e processamento de dados.

Numa implementação deste sistema (10), todos os dispositivos (7) devem estar dotados das mesmas unidades, logo dos mesmos sensores/atuadores (3), transcetores (4) e unidades de processamento auxiliar (5). Estando dotados dos mesmos meios de recolha de energia do ambiente, caberá às fontes de energia inteligentes (2), de acordo com a sua exposição, decidir a partir de quais alimentar o dispositivo (7) . Quer isto dizer que a quantidade de cada um dos tipos de unidade pode ser superior a um, à exceção da unidade de processamento central (1), que é única em cada dispositivo (7). Sendo a unidade o nivel mais baixo ao qual o sistema (10) pode ser configurado, enquanto aparelho físico o dispositivo (7) é o mais pequeno no qual o sistema (10) pode ser dividido. Isto é, depois de instalada a rede é possível reorganizar os dispositivos (7) para formar conjuntos (8) diferentes mas não é possível rearranjar o número de unidades presentes em cada dispositivo (7). A unidade de processamento central (1) de cada dispositivo (7) é programada com uma camada de software que permite inquirir as restantes unidades e saber que sensores/atuadores (3), transcetores (4) e unidades de processamento auxiliar (5) estão disponíveis. Apesar de todos os dispositivos (7) serem à partida iguais, pode acontecer que nem todas as unidades estejam disponíveis durante toda a operação do sistema (10), seja devido a restrições energéticas, a falhas ou a estarem já dedicadas ao cumprimento de uma missão.

Imediatamente após a instalação da rede, os dispositivos (7) comunicam os seus recursos (em termos de unidades e energia disponíveis) e localização aos nós vizinhos. Feita esta troca de informação, os conjuntos (8) são inicialmente estabelecidos de acordo com um critério definido pelo utilizador aquando da instalação da rede, como por exemplo a proximidade, as unidades ativas ou a energia disponível. Em cada conjunto (8) é selecionado um líder (6), seja pelo utilizador através de uma configuração fixa, seja pelos dispositivos (7) do conjunto (8) através de um processo de eleição. Passa a ser o líder (6) a responder aos pedidos de cumprimento de missão feitos pelo utilizador através do vortex (9). No caso de um cenário de eleição, a seleção do líder (6) pode estar primeiramente dependente dos seus recursos energéticos, visto que os dispositivos (7) com maiores reservas ou maior capacidade de recuperação de energia do ambiente poderão estar mais tempo em funcionamento, garantindo uma operação mais constante e mantendo o utilizador atualizado sobre o estado do sistema (10) . Outros critérios são, por exemplo, a localização, a possibilidade de comunicar diretamente com os restantes conjuntos (8) e as características dos canais de comunicação que pode estabelecer. A forma como os vários conjuntos (8) e os dispositivos (7) dentro dos conjuntos (8) são interligados não está limitada pelas suas características físicas nem pelos níveis de abstração e mecanismos de reconfiguração que foram abordados. O sistema (10) pode estar organizado hierarquicamente ou segundo qualquer outra topologia que se queira adotar. No entanto, a organização escolhida não pode impedir a aplicação dos mecanismos de reconfiguração necessários para o cumprimento das missões. 0 que é importante é que, quando o utilizador pretende que o sistema (10) cumpra uma determinada missão, os lideres (6) sejam contactados, independentemente da organização da rede. A mensagem enviada aos lideres (6) contém não só a missão em si (o que deve ser feito), bem como a localização (onde deve ser feito), o intervalo de tempo em que deve ser levada a cabo (quando deve ser feito) e o nivel de aceitação de falhas (quão preciso deve ser o cumprimento da missão) . Os lideres (6) respondem então com o custo operacional da missão. O termo "custo operacional" deve ser entendido como uma métrica de comparação do esforço que cada conjunto (8) terá de despender para completar a missão. Compreende a possibilidade de cumprimento da missão, o número de nós necessários e o gasto de energia expectável.

Com estes dados, o sistema (10) adjudica a missão ao conjunto (8) que apresentar menor estimativa de custo operacional. Em consequência, a unidade de processamento central (1) de um lider (6) a quem tenha sido adjudicada uma missão indica aos restantes dispositivos (7) do seu conjunto (8) a forma como devem configurar as suas unidades de processamento auxiliar (5) para o cumprimento da missão. Se não for recebida nenhuma mensagem afirmativa que permita cumprir a missão dentro do intervalo de tempo especificado, o utilizador pode escolher entre descartar a missão ou reajustar o nivel de precisão pretendido, emitindo um novo pedido.

Existe ainda a possibilidade de proceder a uma reorganização dos conjuntos (8) no caso de o sistema (10) não estar a conseguir responder afirmativamente a nenhum pedido de missão, ou seja, no caso em que a organização inicial do sistema (10) não é compatível com as missões a cumprir e não garante a sua exequibilidade. Neste caso, os conjuntos (8) são redimensionados por forma a otimizar os seus custos operacionais. Isto pode ser feito aumentando ou diminuindo o seu raio de ação ou reorganizando os próprios conjuntos (8) alterando o número de dispositivos (7) presentes em cada um. A arquitetura para sistemas embebidos em rede pode ser utilizada em cenários de monitorização remota de ecossistemas protegidos, em cenários de catástrofe, em cenários de monitorização de edifícios, em cenários de controlo de risco em infraestruturas físicas, em cenários de vigilância e em cenários de controlo de presenças de indivíduos ou objetos.

Descrição das figuras A Figura 1 representa os diferentes níveis do sistema (10). Cada dispositivo (7) é constituído por uma ou mais das seguintes unidades, à exceção da unidade de processamento central (1), que é única: 1. Unidade de processamento central 2. Fonte de energia inteligente 3. Sensor/atuador 4 . Transcetor 5. Unidade de processamento auxiliar Cada conjunto (8) é constituído por um líder (6) e vários dispositivos (7) . O sistema (10) é constituído por vários conjuntos (8) e por um vortex (9) para tratar da ligação do sistema (10) à internet. A Figura 2 representa o dispositivo (7), que é constituído por uma unidade de processamento central (1), uma ou mais fontes de energia inteligentes (2), um ou mais sensores/atuadores (3), um ou mais transcetores (4) e uma ou mais unidades de processamento auxiliar (5). A Figura 3 representa o conjunto (8), que é constituído por um líder (6) e vários dispositivos (7). A Figura 4 representa o sistema (10) no nível de abstração mais alto, onde se podem observar os diversos conjuntos (8) interligados em rede e o vortex (9) que gere a comunicação entre o sistema (10) e a internet.

Exemplos

As áreas de aplicação desta invenção incluem um largo espectro, compreendendo todas as aplicações que requeiram diferentes níveis de desempenho em diferentes períodos de tempo, bem como múltiplas aplicações correndo sobre a mesma rede.

Mais concretamente, são exemplos do primeiro caso qualquer aplicação de monitorização remota, como conjuntos de satélites (swarms), acompanhamento de espécies em vias de extinção e cenários de catástrofe. Exemplos do segundo caso são cenários de vigilância, de controlo de presenças de indivíduos ou objetos, de avaliação de risco sobre infraestruturas críticas e monitorização de espaços fechados, onde diferentes tipos de dados podem ser pedidos ao mesmo sistema, bem como a atuação autónoma sobre esses mesmos dados.

Exemplo 1 O primeiro exemplo a ser analisado em detalhe é o caso do acompanhamento de espécies em vias de extinção, em que um cenário de aplicação plausível seria a monitorização das condições de vida de uma comunidade de morcegos dentro de uma caverna. Estes mamíferos não suportam a presença de humanos, o que torna a monitorização das suas condições ambientais uma tarefa complicada.

Neste cenário, cada dispositivo (7) poderia ser composto pelas seguintes unidades: uma unidade de processamento central (1), uma fonte de energia inteligente (2) capaz de recolher energia solar, uma fonte de energia inteligente (2) capaz de recolher energia vibratória, uma pluralidade de sensores (3) , tais como de humidade, de temperatura, de vibração e de captação de vídeo, um transcetor (4) de baixo débito, um transcetor de alto débito (4) e uma unidade de processamento auxiliar (5). 0 número de dispositivos necessários dependeria das dimensões da caverna em estudo mas, para este exemplo, uma pequena área coberta por 10 dispositivos (7) serve como caso de estudo. O primeiro estágio de monitorização consistiria na medição de indicadores básicos de conforto (humidade, temperatura e vibração da estrutura), pelo que bastaria estabelecer um conjunto (8), com todos os nós a encaminharem informação dos outros em direção ao líder (6) . O líder (6) seria escolhido por eleição, sendo o mais próximo do vortex (9), que estaria colocado fora da caverna. Neste estágio seria suficiente utilizar o transcetor (4) de baixo débito para que os nós da rede comunicassem entre si e as unidades de processamento auxiliar (5) tratariam de recolher os dados dos diversos sensores (3) e empacotá-los para envio.

Durante este estágio, seria lançada como missão a reação a um evento disruptivo, como por exemplo um aumento súbito de vibração da caverna. Aquando da sua ocorrência, os dispositivos (7) mudariam automaticamente para um modo de mais alto desempenho, onde o tipo e a frequência de emissão de dados são alterados. Os que tivessem maiores reservas de energia ou estivessem colocados em zonas onde pudessem fazer uso das fontes de energia inteligente (2) ligariam as câmeras de vídeo para recolher e enviar imagens da zona ao utilizador. Neste estágio seria necessário reorganizar os conjuntos (8) para que os dados multimédia percorressem o menor caminho possível até ao vortex (9) . As unidades de processamento auxiliar (5) estariam neste momento a ser utilizadas para comprimir os dados. Note-se que a aplicação principal continua a correr em paralelo, nem todos os dispositivos (7) são associados a esta segunda função.

Exemplo 2 0 segundo exemplo de utilização do sistema (10) diz respeito a um cenário onde se procede à monitorização das condições de um edifício. Neste caso os requisitos de sensorização são ainda mais diversificados do que no exemplo anterior, podendo ir desde as condições ambientais para o conforto das pessoas que habitam o edifício, às condições de degradação do espaço ou a questões de segurança.

Neste cenário, cada dispositivo (7) poderia ser composto pelas seguintes unidades: uma unidade de processamento central (1), uma fonte de energia inteligente (2) capaz de recolher energia solar, uma fonte de energia inteligente (2) capaz de ser ligada à rede elétrica, uma pluralidade de sensores (3) , tais como de humidade, de temperatura, de vibração, de captação de som e de captação de vídeo, um transcetor (4) de baixo débito, um transcetor de alto débito (4) e uma unidade de processamento auxiliar (5) . O número de dispositivos (7) que constituiriam o sistema (10) é deixado propositadamente em aberto para que se compreenda que o funcionamento do sistema (10) é independente do tamanho do edifício ou da concentração dos dispositivos (7) , desde que todos tenham contacto a pelo menos um outro dispositivo (7) da rede.

Uma primeira divisão dos dispositivos (7) em conjuntos (8) poderia respeitar apenas critérios geográficos, ou seja, cada conjunto (8) poderia proceder à monitorização de um dos andares do edifício, escolhendo-se o líder (6) de cada conjunto de acordo com a sua proximidade ao vortex (9) . Nesse sentido, uma primeira missão enviada pelo utilizador poderia corresponder à realização de um mapa das condições de temperatura, humidade, ruído e vibração em cada um dos andares do edifício. Esta missão não deveria obrigar a uma reorganização dos conjuntos visto que os requisitos energéticos deste tipo de monitorização são baixos.

Numa segunda fase, em que fosse detetado algum problema ou apenas porque o utilizador pretendesse utilizar o sistema (10) para monitorizar as condições de segurança do edifício, seria necessário ativar os sensores (3) de maior consumo, como as câmeras de vídeo. Neste caso, e dependendo do edifício em causa, poderia ser suficiente manter os conjuntos (8) iniciais, passando os líderes (6) a ser aqueles que tivessem acesso às fontes de energia inteligentes (2) capazes de recolher energia da rede elétrica, ou poderia ser necessário reorganizar os conjuntos (8) para garantir a exequibilidade da missão. Poderia dar-se ainda o caso de o utilizador pretender uma monitorização com critérios de localização diferentes dos inicialmente estabelecidos para os conjuntos (8) - um por andar. Em qualquer uma destas situações, o sistema (10) teria a capacidade de se reorganizar e refazer os conjuntos (8) para cumprir com a nova missão.

Referências Bibliográficas [1] Noergaard, T. (2005); Embedded Systems Architecture·, Newnes - Elsevier, Ia edição.

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[10] EP2455859: Model-based programming, configuration, and integration of networked embedded devices for use in wireless sensor networks.

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Lisboa, 17 de dezembro de 2013

Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Arquitetura para sistemas embebidos em rede caracterizada por compreender um sistema (10) reconfigurável e orientado-à-missão ligado à internet através de um vortex (9) e composto por uma pluralidade de conjuntos (8), em que cada conjunto (8) é composto por uma pluralidade de dispositivos (7), sendo um deles o lider (6) do conjunto (8), e cada dispositivo (7) compreende unidades de cinco tipos diferentes: a unidade de processamento central (1), a fonte de energia inteligente (2), o sensor/atuador (3), o transcetor (4) e a unidade de processamento auxiliar (5).
2. 2. Arquitetura para sistemas embebidos em rede de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o dispositivo (7) compreender apenas uma unidade de processamento central (1) e uma pluralidade de fontes de energia inteligentes (2), de sensores/atuadores (3), de transcetores (4) e de unidades de processamento auxiliar (5) .
3. 3. Método de configuração da arquitetura para os sistemas embebidos em rede definidos nas reivindicações anteriores, caracterizado por incluir os seguintes passos: a. estabelecimento inicial de conjuntos (8); b. seleção de lideres (6); c. envio de pedidos de missão aos lideres (6); d. respostas dos lideres (6) com estimativas de custo operacional; e. adjudicação de missão a um conjunto (8) ou reconfiguração do sistema (10).
4. 4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o estabelecimento inicial dos conjuntos (8) ser efetuado de acordo com um critério definido pelo utilizador aquando da instalação da rede.
5. 5. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por os lideres (6) serem escolhidos pelo utilizador através de uma configuração fixa, ou pelos dispositivos (7) do conjunto (8), através de um processo de eleição.
6. 6. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por os pedidos de missão serem enviados apenas aos lideres (6) dos conjuntos (8).
7. 7. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por, os lideres (6) responderem aos pedidos de missão com estimativas de custo operacional.
8. 8. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por existir uma adjudicação automática da missão ao conjunto (8) cujo lider (6) indicar menor estimativa de custo operacional.
9. 9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela ativação do mecanismo de reconfiguração do sistema (10), retornando ao estabelecimento inicial de conjuntos (8) quando nenhum lider (6) de conjunto (8) indicar uma estimativa de custo operacional.
10. 10.Utilização da arquitetura para sistemas embebidos em rede definida nas reivindicações 1 e 2, caracterizada por ser utilizada em cenários de monitorização remota de ecossistemas protegidos, em cenários de catástrofe, em cenários de monitorização de edifícios, em cenários de controlo de risco em infraestruturas físicas, em cenários de vigilância e em cenários de controlo de presenças de indivíduos ou objetos. Lisboa, 17 de dezembro de 2013