avaliando sensibilidade a contexto na

59
Pós-Graduação em Ciência da Computação Universidade Federal de Pernambuco [email protected] www.cin.ufpe.br/~posgraduacao RECIFE, ABRIL/2009 AVALIANDO SENSIBILIDADE A CONTEXTO NA GESTÃO EFICIENTE DE ENERGIA ELÉTRICA” Por JULIO GUILHERME GLASNER DE MAIA CHAGAS Dissertação de Mestrado Profissional

Upload: julio-glasner

Post on 28-Sep-2015

12 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

Dissertação de Mestrado profissional com o tema:AVALIANDO SENSIBILIDADE A CONTEXTO NAGESTÃO EFICIENTE DE ENERGIA ELÉTRICA”

TRANSCRIPT

  • Ps-Graduao em Cincia da Computao

    Universidade Federal de Pernambuco [email protected]

    www.cin.ufpe.br/~posgraduacao

    RECIFE, ABRIL/2009

    AVALIANDO SENSIBILIDADE A CONTEXTO NA

    GESTO EFICIENTE DE ENERGIA ELTRICA

    Por

    JULIO GUILHERME GLASNER DE MAIA CHAGAS

    Dissertao de Mestrado Profissional

  • Universidade Federal de Pernambuco CENTRO DE INFORMTICA PS-GRADUAO EM CINCIA DA COMPUTAO

    Julio Guilherme Glasner de Maia Chagas

    Avaliando sensibilidade a contexto na gesto eficiente de energia eltrica"

    ORIENTADOR: Prof. Dr. Carlos Andr Guimares Ferraz

    RECIFE,ABRIL/2009

    Este trabalho foi apresentado Ps-Graduao em Cincia da Computao do Centro de Informtica da Universidade Federal de Pernambuco como requisito parcial para obteno do grau de

    Mestre Profissional em Cincia da Computao.

  • Chagas, Julio Guilherme Glasner de Maia Avaliando sensibilidade a contexto na gesto eficiente de energia eltrica / Julio Guilherme Glasner de Maia Chagas. - Recife: O Autor, 2009. 58 folhas : il., fig., tab., grf.

    Dissertao (mestrado profissional) Universidade Federal de Pernambuco. CIn. Cincia da Computao, 2009.

    Inclui bibliografia.

    1. Sistemas distribudos. 2. Sensibilidade a contexto. I. Ttulo.

    004.36 CDD (22. ed.) MEI2010 0139

  • Dedico este trabalho aos meus pais MAIA e ZIZA que, alm de terem sido grandes exemplos para minha formao moral, nunca

    mediram esforos para a minha formao intelectual. De l do Cu, sinto o apoio e a aprovao que sempre tive o prazer de receber.

  • AGRADECIMENTOS

    So muitos os agradecimentos a fazer na concluso desse trabalho. Acima de tudo a Deus pela presena constante em meu corao e minha famlia, por compreender as minhas ausncias e pelas animadoras palavras de incentivo de sempre. Ao Professor Edson Costa, que me apresentou o programa do Mestrado Profissional do Centro de Informtica da UFPE- CIn, e me estimulou a fazer parte de sua primeira turma. Ao Centro de Informtica, na pessoa do diretor Professor Paulo Cunha, que custeou a minha participao no programa e a implantao do experimento. Ao Professor Carlos Ferraz que topou me orientar, aceitando o desafio de experimentar uma abordagem nova, e mais focada na prtica, de uma dissertao para um mestrado profissional. A Ana Paula Alves e Gustavo Carvalho, que desenvolveram o middleware CAMPS, e sua verso simplificada para a aplicao no experimento. Ao amigo Paulo Urbano que me apoiou, juntamente com o C.E.S.A.R na adoo do microcontrolador utilizado para montar o CAMPS controller, e a Digenes Vila Nova que programou o dispositivo. A toda a equipe da oficina e do suporte do CIn. Nominalmente a Carlos Melo, Clcio Costa, Passira, Diogo e Mrio Srgio, que me ajudaram na instalao fsica do controlador nos laboratrios, a Jorge Muniz , Rodrigo Rosa, Cludio Dantas, Juliana Andrade, Nadja Lins e Raoni, que colaboraram com o desenvolvimento dos scripts para a contagem dos usurios e Shutdown nos laboratrios, alm do acesso e registro do CAMPS no sistema de rede do CIn. A Luis e Jos Carlos, da gesto das subestaes da UFPE, no apoio na instalao do medidor digital de energia. A Leila, pela cobrana e incentivo para o cumprimento dos prazos. A Guila que me ajudou na depurao e soluo de pendncias na aplicao do CAMPS, a Flvia e Dione Bayma pela fora no abstract e a Ftima Glasner pelo apoio na correo ortogrfica. Finalmente aos colegas de turma do Mestrado Profissional e demais amigos, funcionrios e professores do CIn que tanto me incentivaram para a concluso dessa empreitada. O trabalho em grupo mais prazeroso pois o sucesso coletivo. A todos o meu MUITO OBRIGADO.

  • "A imaginao mais importante que o

    conhecimento. O conhecimento limitado. A imaginao envolve o mundo." (Albert Einstein).

  • RESUMO

    O mercado de energia eltrica no Brasil experimenta um crescimento da ordem de 4,5% ao ano, atingindo 392,8 TWh em 2008[EPE,2009]. Os investimentos para atender essa demanda crescente, podem ser reduzidos com a diminuio do desperdcio de energia visto que, em um estudo realizado com indstria, comrcio e setor pblico, constata-se que os ndices de desperdcio chegam a 15%, 30% e 45%, respectivamente [TERRA,2008]. Nos ltimos anos, os projetos de equipamentos e instalaes eltricas j vem sendo desenvolvidos com o foco em eficincia energtica, mas a eficincia isoladamente no garante o uso racional da energia eltrica. O comportamento dos usurios e seus hbitos de utilizao dos equipamentos, representam hoje a varivel mais flexvel para a obteno de economia de energia. Na contramo da prtica do uso racional da energia, esto os ambientes que precisam ter alta disponibilidade. Esses ambientes normalmente esto com suas portas abertas e seus equipamentos ligados independente de sua utilizao, para garantir a disponibilidade imediata aos usurios. O uso de sistemas de automao tradicionais baseados na comunicao entre acionadores, programados em um sistema de gerenciamento (horrios) ou em sensores (presena) [Mariotoni; Andrade,2002], no se adqua a essa aplicao por no atender a premissa bsica da disponibilidade requerida. A sensibilidade a contexto est cada vez mais sendo utilizada para proporcionar pervasividade s aplicaes. Ela permite utilizar informaes relevantes sobre entidades do ambiente para facilitar a interao entre usurios e aplicaes. Tais informaes podem ser agrupadas principalmente sobre localizao, identificao, tempo e atividade [Dey,2001]. A combinao da automao de sistemas com a sensibilidade a contexto representa um forte aliado na reduo do desperdcio de energia, sem comprometer a alta disponibilidade dos ambientes. Este trabalho apresenta a avaliao da reduo no consumo de energia, quando associamos sensibilidade a contexto, automao de ambientes, sem o comprometimento da sua disponibilidade.

    Palavras-chave: Uso racional da energia. Automao. Sensibilidade a contexto.

  • ABSTRACT

    The electric power market in Brazil presents an annual growth rate of approximately

    4,5% per year and, reaching 392,8 TWh [EPE,2009] in 2008. The investments required to fulfill this increasing demand may be reduced with a decrease in the waste of energy, as it was proved by a survey amongst industrial, commercial and public sectors, where waste rates are of 5%, 30% and 45%, respectively [TERRA,2008]. In the last few years, projects of equipments and electrical installations are already being developed with the focus on power efficiency; however, efficiency alone does not guarantee the rational use of the electric power. Nowadays, the behavior of users and their habits regarding the use of equipments represent the most flexible variable for achieving a reduction on electric power consumption. Contrary to the efforts for the rational use of energy are the places where there is the need for high availability. In these places it is common to find open doors and equipments that are kept turned on regardless of being used or not , just to guarantee immediate access to users. The use of traditional automation systems, that are based on the interaction among starters, which are programmed by a management system (schedules) or by sensors (human presence) [Mariotoni; Andrade,2002], do not apply to this kind of use as they do not meet the basic principles of the need for readiness, the pervasiveness to its usage. It allows the use of important information about people on site, facilitating the interaction between users and equipment. Such information may be grouped mainly in terms of location, identification, time and activity [Dey,2001]. The combination of systems automation and context- awareness is a powerful tool in the struggle for reducing the waste of energy without jeopardizing the high availability in the premises. This paper presents the assessment of the reduction in energy consumption, when partnered with sensitivity to context, automation environments, without compromising its availability.

    Key Words: rational use of energy, automation, context-awareness.

  • LISTA DE ILUSTRAES

    Figura 1 - Arquitetura do CAMPS. .......................................................................................... 30Figura 2 Power Configurator. ................................................................................................ 31Figura 3 Power Monitor. ....................................................................................................... 32Figura 4 Primeira regra de contexto ...................................................................................... 34Figura 5 Segunda regra de contexto ...................................................................................... 35Figura 6 Terceira regra de contexto ....................................................................................... 36Figura 7 Layout laboratrios de graduao. .......................................................................... 38Figura 8 Controlador CAMPS. .............................................................................................. 41Figura 9 Olimex - LPC-E2124. ............................................................................................. 42Figura 10 Diagrama controlador CAMPS. ............................................................................ 43Figura 11 Diagrama unifilar do arranjo. ................................................................................ 44Figura 12 Medidor CCK7550E ............................................................................................. 44Figura 13 Tela do banco de dados ......................................................................................... 49

  • LISTA DE GRFICOS

    Grfico 1 Consumo de energia dia 08 de abril (quarta-feira). ............................................... 45Grfico 2 Consumo de energia de 04 a 05 de abril 2009 (final de semana). ......................... 46Grfico 3 - Consumo de energia entre dia 07 e 08 de abril 2009 das 22:00hs s 6:00hs. ........ 47Grfico 4 Ocupao dos laboratrios de 9 a 20 de abril 2009 ............................................... 47Grfico 5 Ocupao dos laboratrios dia 18 de abril 2009 ................................................... 48Grfico 6 - Consumo de energia dia 15 de abril (quarta-feira) com o CAMPS ativo. ............. 49Grfico 7 - Consumo de energia entre dia 14 e 15 de abril 2009 das 22:00hs s 6:00hs. ........ 50Grfico 8 - Consumo de energia de 18 a 19 de abril (final de semana) com o CAMPS ativo . 50Grfico 9- Diferena para dias teis ......................................................................................... 51Grfico 10- Diferena para finais de semana ........................................................................... 51

  • LISTA DE TABELAS

    Tabela 1 Estimativas de Potencial de Economia de Energia MME. .................................. 19Tabela 2 Comparao entre protocolos ................................................................................. 23Tabela 3 Computadores do laboratrios de graduao do CIn UFPE. .................................. 38Tabela 4 Equipamentos eltricos nos laboratrios de graduao CIn UFPE ........................ 39Tabela 5 Tabela de prioridade e quantidade limiar por laboratrio ...................................... 41Tabela 6 Custos de implantao ............................................................................................ 45Tabela 7 Economias mdias .................................................................................................. 52Tabela 8 Tabela economia em relao carga nominal ........................................................ 52Tabela 9 Estimativa de economia anual em reais. ................................................................. 53

  • SUMRIO

    1 INTRODUO ..............................................................................................................................141.1 OBJETIVO GERAL E ESPECFICO .....................................................................................................151.2 QUESTIONAMENTOS ......................................................................................................................151.3 DELIMITAES ...............................................................................................................................151.4 JUSTIFICATIVA ...............................................................................................................................161.5 METODOLOGIA A SER UTILIZADA ..................................................................................................161.6 RESULTADOS ESPERADOS ..............................................................................................................171.7 ORGANIZAO DO TEXTO .............................................................................................................172 REFERENCIAL TERICO .........................................................................................................182.1 USO RACIONAL DA ENERGIA .........................................................................................................182.2 SENSIBILIDADE A CONTEXTO ........................................................................................................202.3 AMBIENTE INTELIGENTE ...............................................................................................................202.4 MIDDLEWARES ...............................................................................................................................212.5 TRABALHOS RELACIONADOS.........................................................................................................222.6 CONSIDERAOES FINAIS ................................................................................................................253 CAMPS CONTEXT-AWARE MIDDLEWARE FOR POWER SAVING ...........................263.1 CONCEITOS BSICOS ...............................................................................................................263.2 PROPOSTA ......................................................................................................................................273.3 REQUISITOS ...................................................................................................................................273.4 ARQUITETURA ...............................................................................................................................293.5 COMUNICAO ENTRE OS COMPONENTES ....................................................................................323.6 REGRAS DE CONTEXTO ..................................................................................................................343.7 CONSIDERAES FINAIS ................................................................................................................364 ESTUDO DE CASO .......................................................................................................................374.1 CENRIO ........................................................................................................................................374.2 IMPLEMENTAO ..........................................................................................................................404.3 RESULTADOS OBTIDOS ..................................................................................................................454.4 CONSIDERAES FINAIS ................................................................................................................545 CONCLUSES E TRABALHOS FUTUROS.............................................................................55REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ...............................................................................................57

  • 14

    1 INTRODUO

    O mercado de energia eltrica no Brasil experimenta um crescimento da ordem de 4,5% ao ano, atingindo 392,8 TWh em 2008[EPE,2009]. O planejamento governamental de mdio prazo prev a necessidade de investimentos da ordem de R$ 6 a 7 bilhes/ano para expanso da matriz energtica brasileira, em atendimento demanda do mercado consumidor[ANEEL,2008]. No entanto esse investimento pode ser reduzido com a diminuio do desperdcio de energia, visto que, em estudo realizado com indstrias, comrcio e setor pblico mostra que os ndices de desperdcio chegam a 15%, 30% e 45%, respectivamente [TERRA,2008]. Nos ltimos anos, os equipamentos e instalaes eltricas j vem sendo desenvolvidos com o foco em eficincia energtica, mas a eficincia, isoladamente, no garante o uso racional da energia eltrica. O comportamento dos usurios e seus hbitos de utilizao dos equipamentos representam hoje a varivel mais flexvel para a obteno de economia de energia.

    Na contramo da prtica do uso racional da energia, esto os ambientes que precisam ter alta disponibilidade de seus recursos, potenciais consumidores de energia. Esses ambientes normalmente esto com suas portas abertas e seus equipamentos ligados independentemente de sua utilizao, para garantir a disponibilidade imediata aos usurios. O uso de sistemas de automao tradicionais, baseados na comunicao entre acionadores programados em um sistema de gerenciamento (horrios) ou em sensores (presena) [Mariotoni; Andrade,2002], no se adqua a essa aplicao por no atender a premissa bsica da disponibilidade requerida.

    A sensibilidade a contexto est cada vez mais sendo utilizada para proporcionar pervasividade a aplicaes. Ela permite utilizar informaes relevantes sobre entidades do mundo para facilitar a interao entre usurios e aplicaes. Tais informaes podem ser agrupadas principalmente sobre localizao, identificao, tempo e atividade [Dey,2001].

    A combinao da automao de sistemas com a sensibilidade a contexto representa um forte aliado na reduo do desperdcio de energia, sem comprometer a alta disponibilidade dos ambientes. A necessidade de flexibilidade para insero de novas variveis de contexto e de dispositivos a serem controlados, sugere a utilizao de uma camada intermediria que faria as inferncias nos diversos contextos, obtendo as leituras das variveis e comunicando aos dispositivos seus estados de funcionamento.

  • 15

    1.1 OBJETIVO GERAL E ESPECFICO

    Esse trabalho tem como objetivo avaliar os ganhos energticos com a aplicao de sensibilidade ao contexto em sistemas de automao eltrica, para ambiente de alta disponibilidade. De forma mais especfica, os objetivos so:

    a) Definir cenrio de aplicao e dispositivos controlados; b) Definir as variveis de contexto para os ambientes; c) Obter dados histricos de consumo de energia no ambiente prototipado; d) Implementar o hardware para controle dos dispositivos; e) Obter os dados com a implantao do sistema e avaliar os resultados.

    1.2 QUESTIONAMENTOS

    Podemos definir as questes centrais deste trabalho da seguinte forma:

    a) Qual o diferencial desse sistema sobre os sistemas de automao convencionais?

    b) Quais as vantagens da adoo de uma camada de middleware em vez do uso de uma nica aplicao dedicada?

    1.3 DELIMITAES

    Uma vez que o principal objetivo do trabalho avaliar o ganho energtico com a aplicao da sensibilidade a contexto na automao de um ambiente, no haver grande ateno quanto ao desempenho e a resilincia dos sistemas de software e hardware utilizados

  • 16

    no experimento. Esses pontos ficam sugeridos como temas para trabalhos futuros relacionados.

    1.4 JUSTIFICATIVA

    A justificativa para execuo desse trabalho veio do incmodo de vivenciar uma cultura de desperdcio de energia, identificada e reconhecida, mas aceita num cenrio onde a disponibilidade dos ambientes o diferencial no negcio em questo. Essa realidade encontrada em lugares onde os recursos precisam estar disponveis, em quantidade suficiente para atender demanda imediata, entretanto nem sempre h um administrador para ativar os equipamentos na hora da necessidade e, ainda mais importante, deslig-los na ociosidade. A automatizao convencional no soluciona esse tipo de problema porque, pelo fato de atender a regras estticas, ir fazer faltar o recurso dado s demandas variveis. Na prtica encontramos isso no CIn UFPE. Um dos maiores diferenciais para o crescimento ao longo do tempo e o sucesso inegvel desse Centro, a disponibilidade de seus laboratrios e servidores, aos usurios, em regime de 24 horas por dia e por 7 dias na semana. Mas como predizer o comportamento dos usurios? Uma automao sensvel a contexto a resposta. Ela associa independncia da ao de seres humanos para a tarefa de administrar a disponibilidade dos ambientes, ao uso racional da energia eltrica, abrindo, ativando, desativando e fechando os ambientes de acordo com as necessidades imediatas dos usurios (contexto).

    1.5 METODOLOGIA A SER UTILIZADA

    A metodologia utilizada para esse trabalho ser a criao de um cenrio para avaliao da sensibilidade a contexto no uso eficiente da energia eltrica. Aps medir o consumo de energia na situao original, ativaremos o sistema. Com a aferio do ganho energtico resultante da ativao do sistema e a observao do respeito s regras relativas disponibilidade, apresentaremos as concluses.

  • 17

    1.6 RESULTADOS ESPERADOS

    O estudo de caso pretende demonstrar que, associando a sensibilidade a contexto ao controle dos dispositivos nos ambientes dos laboratrios de Graduao do CIn, obteremos uma reduo de at de 20% no consumo de energia dos laboratrios, sem comprometer a premissa de disponibilidade imediata dos recursos para os usurios.

    1.7 ORGANIZAO DO TEXTO

    Este trabalho est organizado em cinco captulos alm desse como segue: Captulo 2: nesse captulo apresentaremos os principais conceitos tericos

    envolvidos no trabalho. Captulo 3: neste captulo ser apresentado o CAMPS, middleware desenvolvido

    com o objetivo de implementar casos prticos de automao de sistemas sensveis a contexto. Captulo 4: nesse captulo, descreveremos a aplicao prtica do sistema nos

    laboratrios da Graduao do CIn. Capitulo 5: nesse captulo faremos nossas concluses e propostas trabalhos

    futuros para o tema.

  • 18

    2 REFERENCIAL TERICO

    2.1 USO RACIONAL DA ENERGIA

    O avano tecnolgico da sociedade implica no uso crescente da energia eltrica. No Brasil, o consumo de energia eltrica atendido pelo sistema eltrico nacional atingiu 33.327 GWh em agosto de 2008, o maior montante desse ano, significando crescimento de 6,4% sobre igual ms de 2007 [EPE,2008], atingindo 392,8 TWh em 2008[EPE,2009]. Desse consumo estima-se, no Brasil, que as perdas de energia representam 16,2% [EPE/COPAM,2008]. Essas perdas so a soma das perdas intrnsecas aos sistemas energticos, com os furtos e as perdas por ineficincias, essas ltimas classificadas por [NOGUEIRA,2008] em:

    a) Projeto deficiente: em razo da concepo errnea do ponto de vista do desenho, dos materiais, do processo de fabricao, os equipamentos e/ou os sistemas levam a desperdcios de energia. Por exemplo, por utilizar lmpadas ineficientes ou efetuar sua disposio incorreta ante os princpios da utilizao racional de energia;

    b) Operao ineficiente: mesmo quando os sistemas energticos so bem concebidos, podem ser operados de forma irresponsvel, por exemplo, mantendo uma sala sem atividades com lmpadas eficientes desnecessariamente acesas;

    c) Manuteno inadequada: uma parte das perdas e dos desperdcios de energia poderia ser minimizada mediante procedimentos adequados de manuteno corretiva e preventiva, que incluem a correta regulagem, limpeza, lubrificao e o ajuste dos sistemas, para que mantenham, ao longo de sua vida til, o desempenho original.

    Para o primeiro caso, a soluo a troca dos equipamentos por outros mais modernos com maior eficincia energtica, instalando-os baseados na boa prtica de uso racional da energia. Para o terceiro caso, deve-se adotar a manuteno preventiva, garantindo

  • 19

    as condies ideais de funcionamento dos dispositivos para a obteno de eficincias compatveis com as apresentadas pelo fabricante. no segundo caso que equacionamos variveis de comportamento e hbitos dos usurios, onde pode ser obtido o maior ganho, com o uso de inteligncia no controle desses equipamentos e sistemas.

    No mundo, diversos governos j adotaram de forma sistemtica a prtica de incentivo eficincia energtica, seja pelos fatores relacionados economia ou pelo apelo, cada vez mais forte, minimizao dos impactos ambientais. Podemos citar como importantes entidades o Office of Energy Efficiency (OEE) canadense, a Agence de lEnvironnement et de la Matrise de lEnergie da Frana (Ademe) e o Energy Saving Trust (EST) do Reino Unido. No Brasil, em 1981 foi, criado o programa Conserve: primeiro esforo significativo para promover a eficincia energtica com foco principalmente na

    indstria. A partir da lei publicada em 17 de outubro de 2001, Lei no 10.295, chamada de Lei de Eficincia Energtica, o Inmetro, que de forma voluntria j estabelecia programas de etiquetagem, passou a ter a responsabilidade de estabelecer programas de avaliao da conformidade, compulsrios na rea de desempenho energtico. Atualmente, o PBE Programa Brasileiro de Etiquetagem, tem implementados 24 programas de etiquetagem, prevendo o desenvolvimento de mais 20 para os prximos anos [INMETRO,2008].

    Os estudos preliminares sobre o potencial resultante do incremento da eficincia energtica no Brasil indicam valores bastante expressivos. O MME Ministrio de Minas e Energia [LEONELLI,2005] estimou os potenciais apresentados na Tabela 1, sempre a um custo de 130 R$/MWh (aproximadamente 50 US$/MWh pelo cmbio de 2005).

    Tabela 1 Estimativas de Potencial de Economia de Energia MME.

    Setor Consumo em 2004 (TWh) Potencial de reduo

    Fonte (TWh) % Industrial 172 9,2 5% Abesco Comercial 50 5,6 11% Abesco

    Pblico 30,1 1,6 5% Abesco Iluminao

    pblica 9,3 1,3 14% Reluz

    Saneamento 7,3 1,5 21% Abesco Residencial 78,6 7,5 10% _

    Outros 29 3 10% _ Total 376,3 29,7 8%

    Fonte: Leonelli, 2005 e BEN 2005, EPE, 2005.

  • 20

    2.2 SENSIBILIDADE A CONTEXTO

    Na literatura, o termo context-aware, (cincia de contexto ou sensibilidade ao contexto) apareceu pela primeira vez em no trabalho Disseminating Active Map Information to Mobile Hosts [SCHILIT; THEIMER,1994]. Neste trabalho o contexto descrito como o local, as identidades de pessoas prximas e os objetos e mudanas para esses objetos.Ryan [et al,1997] refere-se a contexto como a localizao do usurio, o ambiente, a identidade e o tempo. Dey [1998] define contexto como o estado emocional do usurio, o foco de ateno, a localizao e a orientao, a data e o tempo, os objetos e as pessoas no ambiente do usurio. Hull [et al.,1997] descreve contexto como os aspectos da situao corrente.

    O contexto definido por Yamin [et al., 2003] como toda a informao relevante para a aplicao que pode ser obtida da infraestrutura computacional, cuja alterao em seu estado dispara um processo de adaptao na aplicao. Nessa viso, o contexto permite enfocar os aspectos relevantes para uma situao particular e ignorar outros. A aplicao

    explicitamente identifica e define as entidades que caracterizam uma situao e essas passam a integrar o seu contexto.

    Uma das mais citadas definies a encontrada em [DEY;ABOWD,2000]. Segundo os autores entende-se por contexto qualquer informao que pode ser usada para caracterizar a situao de uma entidade, entendendo-se por entidade uma pessoa, um lugar ou um objeto, que considerado relevante para a interao entre um usurio e uma aplicao, incluindo o prprio usurio e aplicao.

    2.3 AMBIENTE INTELIGENTE

    Ambiente inteligente um novo paradigma que orienta o desenvolvimento dos sistemas de prxima gerao, introduzindo um novo significado comunicao homem-mquina, e seu ambiente [FORESTI,2005]. a viso de que a tecnologia ir tornar-se invisvel, embutida nos ambientes, presente sempre que precisemos dela, acionada por simples interaes, sintonizadas com nossos sentidos, adaptveis aos usurios e aos contextos automaticamente. Informaes de alta qualidade e contedo precisam estar disponveis para

  • 21

    qualquer usurio, em qualquer lugar, a qualquer momento e em qualquer dispositivo [LINDWER,2003]. Um ambiente dotado de inteligncia deve ter a capacidade de [GARATE,2005]:

    a) Reconhecer os usurios e suas circunstncias (quantidade, temperatura, atividade, etc).

    b) Ter comportamento preditivo, baseado em conhecimento do ambiente (sensibilidade a contexto), dos hbitos de quem o ambiente est servindo, alm de suas atividades especficas quando em ao.

    c) Oferecer em tempo real, novos servios nos diversos campos como entretenimento, segurana, sade, trabalhos domsticos, acesso a informaes, comunicaes, computao etc., com o objetivo de melhorar a qualidade de vida, do ambiente.

    d) Permitir o acesso ao maior nmero de servios e facilidades disponveis independente da localizao dos usurios ou de que dispositivos esses servios so demandados (ubiqidade).

    e) Relacionar-se da maneira mais natural possvel com os usurios atravs de comando de voz, leitura de movimentos e projeo de imagens (relacionamento natural).

    2.4 MIDDLEWARES

    Pelo site ObjectWeb [2005] e com a permisso do autor do termo descrita no site, middleware definido como um ambiente de computao distribuda, como uma camada de software que faz a mediao entre um sistema operacional e uma aplicao em cada local do sistema. Ainda segundo a citao acima existe uma variedade de sistemas onde a tecnologia middleware pode ser empregada, tais como, componentes e objetos distribudos, comunicao orientada a mensagens e ainda aplicaes com suporte mvel.

    Segundo Campbell [1999] middleware um software que usado para interligar um programa a outros, em um ambiente distribudo, tornando transparente para o desenvolvedor as dependncias de protocolos de comunicao, os sistemas operacionais e as plataformas diferentes.

  • 22

    Existem algumas reas onde a utilizao de middlewares inerente. Sistemas legados, muitas vezes, possuem interfaces especficas e o custo para mudana de interface para comunicao de novos sistemas seriam proibitivos. No entanto, o uso de um middleware pode resolver este problema ao integrar o sistema legado aos novos sistemas com diferentes interfaces.

    De acordo com [OBJWEB,2005] as principais funes de um middleware so: mascarar o ambiente distribudo, parecendo ao usurio ou ao desenvolvedor um sistema nico; ocultar a heterogeneidade de dispositivos de hardware, de sistemas operacionais e de protocolos de comunicao; prover ao desenvolvedor, interfaces padronizadas para que as aplicaes desenvolvidas possam ser portveis, reusveis, possuam interoperao e sejam facilmente construdas.

    2.5 TRABALHOS RELACIONADOS

    No foco da automao observamos trs reas de pesquisa: automao predial, domtica, e domtica inteligente.

    A pesquisa em automao predial avalia o meio fsico e os protocolos envolvidos na comunicao entre os sensores e atuadores. Esses protocolos normalmente so definidos por associaes ou por empresas, e buscam uma padronizao nem sempre real. A tabela 2 apresenta uma comparao entre alguns dos protocolos analisados em relao limitao de endereamento da rede, a meios fsicos disponveis e ao comportamento quanto expanso, destacando a necessidade ou no de configurao dos dispositivos e da utilizao de ferramentas especficas para isto, caracterstica importante quando se trata de aplicao em sistemas residenciais [ARAUJO,2004]

  • 23

    Tabela 2 Comparao entre protocolos

    Protocolo Nmero mximo de dispositivos

    Meio Fsico Configurao/expanso

    X10 256 Rede eltrica Instalar o dispositivo e ajustar endereo diretamente no mesmo

    LonWorks 32385 Par tranado, cabo coaxial, RF, Power Link, infravermelho, fibra tica, rede eltrica.

    Instalar o dispositivo e configurar utilizando ferramenta de configurao

    EIB 61455 Par tranado, rdio freqncia, ISO/IEC 802-2, rede eltrica

    Instalar o dispositivo e configurar utilizando ferramenta de configurao

    BACNet Sem limitao* Ethernet, ARCNET, point-to-point, LonTalk, TCP/IP (UDP), masterslave/ token-passing,

    (sem informao)

    HomePnP Sem limitao* EIA-600, IEEE 1394, TCP/IP,EIB, etc.

    Plug and Play

    Jini Sem limitao* Redes TCP/IP Plug and Play UPnP Sem limitao* Redes TCP/IP Plug and Play * Quanto ao endereamento (no considera problemas na rede tais como congestionamento, jitter, etc.)

    Fonte: [ARAUJO,2004]

    A domtica, palavra derivada de domus (casa) e robtica (automatizada), ou casa inteligente, um conceito ainda controverso. O termo foi utilizado oficialmente pela primeira vez em 1984 pela American Association of House Builders [HARPER,2003]. A definio varia desde uma casa com sensores, por exemplo, de presena e temperatura, interligados a controles de iluminao e de ar-condicionados respectivamente, a casas com redes de sensores e atuadores conectados a controladores internos e externos ao ambiente.

    Flores [2007] em seu trabalho cita curiosas definies para o termo como a de Franco [2003] que afirma que uma casa inteligente deve ser como um mordomo invisvel, capaz de observar, tomar decises e atuar sobre o meio envolvente. Baseado na ateno s funcionalidades disponveis para os usurios em uma casa inteligente, Flores [2007] identifica cinco tipos como segue:

    a) Contains intelligent objects: Contm dispositivos e eletrodomsticos que funcionam de um modo inteligente.

    b) Contains intelligent, communicating objects: Contm dispositivos inteligentes que comunicam entre si, trocando informao e aumentando assim a sua funcionalidade.

  • 24

    c) Connected home: A casa tem uma rede interna interligada com a rede externa, permitindo o controle interativo dos sistemas, e o acesso aos servios e informao, quer de dentro, quer do exterior.

    d) Learning home: Os padres de utilizao so gravados e os dados acumulados so usados para antecipar as necessidades dos utilizadores. Por exemplo, a casa que aprende padres da utilizao do aquecimento e da iluminao (the adaptative home).

    e) Alert home: As atividades das pessoas e dos objetos so constantemente monitoradas alertando e antecipando as aes a tomar (the aware home).

    O termo domtica inteligente vai alm da interligao de dispositivos para a automao das casas ou prdios, Marcelo Takiuchi [2004] coloca que A Domtica inteligente deve, por sua vez, analisar os dados obtidos pelos sensores de modo a adaptar suas regras de automao ao comportamento dos habitantes. Isto se faz necessrio, pois o comportamento dos seres humanos muda ao longo do tempo, bem como cada indivduo possui sua prpria preferncia, uns gostam de temperaturas mais quentes do que outros, ou mesmo outros gostam de luminosidade menor do que outros. Em seu trabalho Takiuchi apresenta o ABC (Automao Baseada em Comportamento) um sistema de domtica inteligente adaptativo, baseado no algortimo de aprendizado ID3.

    A maioria dos trabalhos relacionados a middlewares com aplicao de sensibilidade a contexto para economia de energia est direcionada otimizao da energia dos dispositivos envolvidos, como baterias de dispositivos mveis ou sensores remotos. Associando o uso de um middleware sensvel a contexto a casas inteligentes, encontramos o interessante trabalho de Markus C. Huebscher e Julie A. McCann [HUEBSCHER,2004]. Segundo os autores, um dos principais acertos na concepo do middleware proposto, foi o bom desempenho em relao adaptao a partir de uma mudana de contexto, caracterstica muito importante em aplicaes relacionadas monitorao e auxlio a pessoas com problemas de sade por exemplo.

  • 25

    2.6 CONSIDERAOES FINAIS

    A proposta dessa dissertao engloba diversos aspectos relacionados nesse capitulo, como o reconhecimento do potencial econmico da racionalizao do uso da energia eltrica, o uso de sensibilidade a contexto em aplicaes de automao de sistemas e o uso de middlewares como camada intermediaria para generalizao de aplicaes relacionadas a redes de sensores e atuadores.

  • 26

    3 CAMPS CONTEXT-AWARE MIDDLEWARE FOR POWER SAVING

    O primeiro passo para o desenvolvimento do trabalho proposto, foi a idealizao de um sistema que viabilizaria automao de dispositivos eltricos, com sensibilidade a contexto, em um cenrio onde seriam encontrados diversos ambientes, que poderiam ser abertos ou fechados, de acordo com a demanda imediata, o horrio a agenda de reservas para os mesmos. Como no haveria uma padronizao das fontes de informaes (variveis de contexto) nem dos dispositivos controlados, optamos pela concepo de um middleware, que alem de fazer as inferncias para abrir ou fechar os ambientes, garantiria a compatibilidade com a periferia de dispositivos e sensores que ainda seriam definidos. Dessa forma surgiu o CAMPS - Context-Aware Middleware for Power Saving, um middleware para embasar o desenvolvimento das demais aplicaes para o arranjo.

    3.1 CONCEITOS BSICOS

    O Context-Aware Middleware for Power Saving CAMPS, um middleware ciente de contexto, que atravs de regras de inferncia consegue determinar para as aplicaes cadastradas, quando momento de economizar energia em seus ambientes configurados. baseado na especificao do Java Message Service [JMS,2002]. Do JMS so herdados os seus principais conceitos, como: comunicao assncrona, modelo publish-subscribe e middleware orientado a mensagem.

    Na comunicao assncrona, o transmissor no depende de uma resposta do receptor para continuar o seu fluxo de execuo. No modelo publish-subscribe, um transmissor envia uma mensagem para um tpico de um determinado assunto, e aqueles que estiverem subscritos no mesmo recebem uma notificao contendo a mensagem. O middleware orientado a mensagem possui o publish-subscribe como um dos seus dois modelos de troca de mensagens, o outro baseado em eventos.

    Outro conceito importante utilizado no CAMPS o de sistemas baseados em regras de produo. Nesse tipo de sistema, o conhecimento representado como pares de condio-ao, atravs dos quais so gerados novos fatos a partir de fatos e regras existentes

  • 27

    em uma base de conhecimento [Russell,2003]. A mquina de inferncia utilizada no CAMPS foi o Java Embedded Object Production System [JEOPS,2001], que possui um mecanismo baseado em lgica de primeira ordem.

    O CAMPS ainda realiza um clculo bsico do consumo de energia em um dado ambiente, baseado nos valores de potncia nominais de seus dispositivos. A multiplicao da potncia individual pela quantidade de equipamentos do mesmo tipo, somada s potncias dos demais tipos de equipamentos, representa a potncia nominal total do ambiente. O consumo nominal de energia do ambiente, a multiplicao da potencia total em cada ambiente pela quantidade de horas de utilizao [Wikipdia,2008].

    3.2 PROPOSTA

    Nesta seo o CAMPS detalhado e so descritos os requisitos considerados para a sua implementao e os componentes que formam a sua arquitetura.

    Sendo o CAMPS um middleware orientado a mensagem publish-subscribe, foi criado um tpico1 para uso interno, nomeado de JMSProvider, e um tpico destinado a armazenar as mensagens de cada ambiente monitorado. Para o middleware inferir sobre a abertura ou fechamento dos ambientes, necessrio que aplicaes externas informem a quantidade de pessoas em cada ambiente e a agenda de reservas deles. Depois de realizada a inferncia, o middleware responsvel por informar esse resultado a cada aplicao cadastrada, que informou no momento da subscrio no tpico que tipo de mensagens desejaria receber.

    3.3 REQUISITOS

    Os requisitos utilizados para a implementao do middleware so os seguintes:

    1 Em APIs do tipo publish-subscribe, tpicos so utilizados para designar um rtulo s mensagens. Sendo assim,

    cada aplicao cliente, pode localizar suas mensagens de interesse atravs de tpicos, cadastrados na ocasio de sua subbscrio.

  • 28

    a) Confiabilidade: Uma camada de transporte confivel necessria para garantir que todas as mensagens de economia de energia sejam entregues. A camada de transporte adotada para o CAMPS o Transmission Control Protocol (TCP) por oferecer confiabilidade na entrega de um fluxo de dados.

    b) Heterogeneidade: O middleware e demais aplicaes precisam ser executadas em diferentes sistemas operacionais. Por isso, Java foi usado na implementao do middleware, oferecendo tambm uma interface de programao para as aplicaes. A independncia de plataforma foi o principal fator para a escolha do Java, uma vez que para executar um programa escrito em Java, basta termos um Java Runtime Environment (JRE) disponvel para os diversos hardwares e seus sistemas operacionais.

    c) Interface de programao: Para prover as funcionalidades disponveis no middleware, precisamos adotar uma interface de programao. O CAMPS usa o Topic Manager como uma Application Programming Interface (API). Este componente do middleware permite que os clientes: criem e apaguem tpicos, enviem e recebam mensagens, e cadastrem-se e descadrastem-se nos tpicos.

    d) Comunicao assncrona: Nesse tipo de comunicao, o transmissor no precisa esperar uma confirmao do receptor para continuar o seu fluxo de trabalho. Quando uma mensagem enviada no existe nem uma confirmao nem um resultado. A estratgia Fire and Forget [VLTER,2004]. A nica exceo para esse comportamento o processo de subscrio, onde o cliente no pode chamar nenhum outro servio antes do processo ser completado com sucesso. Esse o nico servio no CAMPS que sncrono. O CAMPS fornece

    comunicao assncrona atravs do modelo pubish-subscribe, nesse modelo, uma entidade envia uma mensagem para um tpico de um determinado assunto, e aqueles que estiverem subscritos no mesmo tpico recebem uma notificao contendo a mensagem. No ato da subscrio, a entidade precisa informar que tipo de mensagens ela est interessada em receber. O pubish-subscribe do CAMPS baseado em JMS. Esta uma API que permite s aplicaes lidar com mensagens. O JMS define um conjunto de interfaces e semnticas associadas que possibilitam que os programas em Java se comuniquem atravs de mensagens enviadas e recebidas de um middleware orientado a mensagem. Dessa forma, precisamos adotar um servio gerenciador de eventos para administrar e enviar mensagens trocadas entre os

  • 29

    componentes do CAMPS e seus clientes. As mensagens suportadas pelo CAMPS so baseadas num subconjunto do JMS. Elas so representadas como um objeto do Java.

    e) Monitoramento de energia: Esse requisito usado no CAMPS para oferecer uma ferramenta para monitorar o consumo de energia. Com esse monitor possvel visualizar a economia de energia durante um perodo.

    f) Servio de nomes baseados em tpicos: um servio de nomes necessrio pelo middleware para descobrir onde os tpicos esto fisicamente localizados.

    g) Escalabilidade: mesmo com o CAMPS em execuo, um novo componente do middleware pode ser adicionado ou removido. Isso realizado atravs do processo de subscrio ou de desinscrio, e aplicado a cada componente do middleware. Dessa forma, um novo ambiente poder ser monitorado ou deixar de ser monitorado de acordo com as suas necessidades. Sempre que um ambiente passar a ser monitorado, um novo tpico ser criado para armazenar as informaes relativas a esse ambiente e, no caso de um ambiente deixar de ser monitorado, o tpico relativo ao mesmo deve ser removido. Todos os componentes do middleware sero informados dessas mudanas.

    3.4 ARQUITETURA

    A partir dos requisitos definidos anteriormente e para melhor entendimento do processo de funcionamento do CAMPS, apresentamos sua arquitetura na Figura1.

  • 30

    Figura 1 - Arquitetura do CAMPS.

    Basicamente o CAMPS funciona da seguinte maneira: quando um ambiente comea a ser monitorado, ele registra todas as informaes pertinentes no Power configurator. Aps o registro, h a criao de um novo contexto no Context Manager, e a partir da o Power Manager verifica se h a possibilidade de economizar energia. Caso haja a possibilidade de economia de energia, o Power Manager notifica todos os clientes a quem essa informao pode interessar, para que esses clientes executem as aes relacionadas nova situao. Simultaneamente o Power Monitor apresenta o consumo atual dos ambientes. Todas as mensagens trocadas so armazenadas pelo Logger.

    Os elementos apresentados na Figura 1 so descritos como segue: O Power configurator utilizado para configurar quais os ambientes monitorados

    e quais os equipamentos podem ser encontrados em cada um deles. Os atributos de um ambiente so: (1) nome, (2) prioridade (alta ou baixa) para indicar se o ambiente deve estar sempre aberto e (3) o nmero mnimo de usurios. Quando esse nmero extrapolado, deve-se avaliar a possibilidade de abertura de outro ambiente. Quando um ambiente cadastrado, o Topic Manager cria um tpico para o mesmo. Esse tpico recebe as mensagens de criao, deleo e atualizao dos equipamentos feitos a partir do Power Configurator. A Figura 2 apresenta uma tela deste componente do middleware, com a lista de ambientes criados (Env01 e Env02) e os equipamentos cadastrados do ambiente Env01.

  • 31

    Figura 2 Power Configurator.

    O segundo elemento, o Context Manager, responsvel por construir um contexto e envi-lo para o tpico do respectivo ambiente. Um novo contexto consiste na alterao dos atributos de um ambiente, alterao da agenda de reservas do ambiente ou da atualizao da quantidade de pessoas presentes em um ambiente.

    O terceiro elemento, o Power Manager, interpreta o contexto do ambiente. Baseado nesse contexto e nas regras de inferncia do CAMPS, o Power Manager decide se o ambiente pode entrar no modo de economia ou ainda se outro novo ambiente precisa ser aberto, para acomodar o nmero de usurios existentes ou atender a reservas feitas para este ambiente.

    Como mostra a Figura 3, o Power Monitor apresenta o grfico relativo ao consumo de energia para cada ambiente monitorado, considerando neste caso o ms de agosto de 2008.

    O logger o componente responsvel por registrar o consumo de energia acumulado para cada ambiente. Quando um equipamento ligado, dispara um contador de tempo e quando o equipamento desligado o logger acumula na base de dados do CAMPS o valor de energia consumido por esse ambiente nesse tempo. O logger tambm registra quando cada tipo de equipamento ligado ou desligado.

  • 32

    Figura 3 Power Monitor.

    O Topic Manager o componente principal do CAMPS, permitindo que os outros componentes: (a) subscrevam-se em um tpico para receber mensagens, (b) descadastrem-se do mesmo e (c) enviem mensagens. No momento de subscrever-se, o componente precisa informar que tipo de mensagens deseja receber. O Topic Manager realiza abstrao de gerenciamento de conexo, sesso, produtores e consumidores, conceitos existentes no JMS, diminuindo o esforo dos desenvolvedores das aplicaes de controle de energia.

    O JMS Provider armazena os tpicos do CAMPS. Para cada novo ambiente, um novo tpico criado e armazenado no JMS Provider.

    O Transport Layer TCP responsvel por realizar a comunicao, atravs do protocolo TCP, entre as instncias que utilizam o CAMPS. Finalmente o Naming Service

    mapeia os nomes dos tpicos em suas referncias.

    3.5 COMUNICAO ENTRE OS COMPONENTES

    Os componentes do CAMPS comunicam-se atravs de tpicos no sentido de que um componente (subscriber) subscreve-se num tpico particular de seu interesse e, sempre que uma mensagem enviada a esse tpico, esse evento notificado atravs do Topic Manager.

  • 33

    Quando um componente envia uma mensagem ao Topic Mananger, ele precisa especificar o nome do tpico e uma mensagem contendo seu tipo e contedo. Existem 20 diferentes tipos de mensagem que so: (1) environment creation; (2) environment deletion; (3) environment update; (4) equipment addition; (5) equipment removal; (6) equipment update; (7) subscribe; (8) unsubscribe; (9) acknowledgment; (10) power saving suggestion; (11) power saving mode on; (12) power saving warned; (13) open another environment; (14) power saving mode off; (15) agenda event addition; (16) agenda event removal; (17) agenda event updating; (18) quantity of users change; (19) new context e (20) a default type. A maioria delas auto-explicativa exceto as de nmero 9, 10,11,12,13,14,19 e 20 que precisam explicaes adicionais.

    Uma mensagem de acknowledgment internamente utilizada pelo CAMPS para confirmar um processo de subscrio. Assim, a propriedade de sincronismo para a subscrio atendida, evitando que algum componente envie mensagens para determinado tpico antes que ele esteja devidamente subscrito.

    Quando o CAMPS detecta um contexto que justifique o fechamento de algum ambiente para a economia de energia, ele envia uma mensagem do tipo power saving suggestion para todos os clientes monitorados para esse ambiente (como por exemplo: condicionadores de ar, estabilizadores de energia e luzes). Quando os clientes decidem efetivamente desligar um componente, uma mensagem precisa ser enviada ao CAMPS. Essa mensagem ser do tipo power saving mode on, para informar ao middleware que aquele equipamento especfico est no modo de economia de energia (na prtica desligado).

    O comportamento oposto ao anterior seria adotado quando o CAMPS sugere que algum ambiente seja aberto enviando uma mensagem tipo open another environment.

    A mensagem do tipo power saving warned enviada por um cliente para informar que seus usurios j esto informados que o ambiente ser fechado (usando alguma mensagem sonora ou visual por exemplo).

    As mensagens do tipo new context so enviadas quando o CAMPS detecta um novo contexto em qualquer ambiente monitorado. As seguintes mudanas resultam em um novo contexto: (1) mudanas nos ambientes, como prioridade, nmero de usurios mnimos e situao (fechado ou aberto); (2) a variao no nmero de usurios em um ambiente; (3) mudanas na agenda como incluso, retirada de reservas. Alm desses casos, o CAMPS periodicamente atualiza seus contextos, numa freqncia definida pelo administrador.

    As mensagens default type so utilizadas pelos desenvolvedores de aplicaes quando precisam enviar mensagens que no casem com alguma das j definidas.

  • 34

    3.6 REGRAS DE CONTEXTO

    O CAMPS utiliza trs regras para inferir sobre o contexto. Estas regras decidem se um ambiente deve ser aberto ou fechado. Suas variveis de contexto so: prioridade do ambiente, nmero de usurios em cada ambiente monitorado, dia da semana, hora, e datas das reservas feitas. Essas regras so descritas em um arquivo de regras compilado por uma mquina de inferncia tipo JEOPS (Java Embedded Object Production System), sistema baseado em lgica de primeira ordem, que gera uma classe Java com essas base de regras.

    A primeira regra estabelece que um ambiente de alta prioridade sempre candidato a ser aberto. Assim sendo, caso um ambiente de alta prioridade esteja fechado o CAMPS ir sugerir imediatamente sua abertura apesar da ao de abertura propriamente dita ser feita pela aplicao responsvel.

    Figura 4 Primeira regra de contexto

    A segunda regra estabelece que um ambiente de baixa prioridade precisa ser aberto quando os demais ambientes atingirem o nmero mnimo de usurios programado ou quando houver reservas feitas para esse ambiente, nesse caso o ambiente abre no horrio definido.

    //1--------------------------------------------------------------------------

    //A high priority environment must always be opened. rule is_HighPriority_Opened { declarations Environment environment;

    conditions //A high priority environment.

    environment.getPriority().equals(Environment.HIGH_PRIORITY);

    actions System.out.println("RULE: is_HighPriority_Opened");

    environment.setClosed(false);

    System.out.println(environment.getName() + " is

  • 35

    Figura 5 Segunda regra de contexto

    A ltima regra estabelece que um ambiente de baixa prioridade pode ser fechado quando h espao suficiente para acomodar os seus usurios em outros ambientes que estejam abertos e que no foram reservados.

    //2-----------------------------------------------------------------------

    //A low priority environment opens when all environments has reached its limit of users to open another environment rule is_LowPriority_Opened { declarations Environment environment;

    conditions //A low priority environment.

    environment.getPriority().equals(Environment.LOW_PRIORITY);

    //All environments have reached theirs limit of users to open another environment (

    MonitoredEnvironments.allMonitoredEnvironmentsHaveReachedMinimalUsers

    (PowerManagerListenerOfEnvironments.kb.objects("camps.powerManager.reasoner.Environment"), environment) ) || //There is an event in some minutes. ( environment.getMinutesToNextReservation() < MonitoredEnvironments.MINUTES_TO_EVENT && environment.getMinutesToNextReservation() != -1 ) || (

    PowerManagerListenerOfEnvironments.kb.objects("camps.powerManager.reasoner.Environment").size() == 1 );

    actions System.out.println("RULE: is_LowPriority_Opened");

    environment.setClosed(false);

    System.out.println(environment.getName() + " is opened.");

  • 36

    Figura 6 Terceira regra de contexto

    3.7 CONSIDERAES FINAIS

    Nessa seo, descrevemos o CAMPS, O Context-Aware Middleware for Power Saving. A proposta de um middleware ciente de contexto, que atravs de regras de inferncia, consegue determinar para as aplicaes cadastradas, quando momento de economizar energia em seus ambientes configurados. Adiante, descrevemos o estudo de caso onde a partir de um cenrio real, ajustamos o CAMPS para obteno dos resultados.

    //3-----------------------------------------------------------------------

    rule is_LowPriority_Closed { declarations Environment environment;

    conditions //A low priority environment.

    environment.getPriority().equals(Environment.LOW_PRIORITY);

    //There is space in other openned environment that is not reserved.

    MonitoredEnvironments.thereIsSpaceInOtherOpennedEnvironmentNotReserved

    (PowerManagerListenerOfEnvironments.kb.objects("camps.powerManager.reasoner.Environment"), environment);

    //There is not an event in some minutes. !( environment.getMinutesToNextReservation() < MonitoredEnvironments.MINUTES_TO_EVENT && environment.getMinutesToNextReservation() != -1 );

    actions System.out.println("RULE: is_LowPriority_Closed");

    environment.setClosed(true);

    System.out.println(environment.getName() + " is

  • 37

    4 ESTUDO DE CASO

    Motivados pela justificativa exposta no captulo 1 optamos por fazer nossas avaliaes baseadas em dados vlidos, obtidos em um cenrio real e com a implantao de um sistema que possa continuar em operao aps o trabalho dessa dissertao. Neste captulo descreveremos este cenrio, a implementao lgica e fsica do sistema e os resultados obtidos na fase de observao do arranjo em funcionamento.

    4.1 CENRIO

    O Cenrio escolhido para a implementao do estudo de caso foi o complexo de laboratrios de graduao do Centro de Informtica da Universidade Federal de PE (CIn). Historicamente, o CIn disponibiliza a seus alunos toda sua infraestrutura de servidores e laboratrios, 24hs por dia, 7 dias por semana, o ano inteiro (inclusive feriados). Esta caracterstica oferece a possibilidade do desenvolvimento dos projetos de graduao e pesquisa do CIn, a qualquer tempo, mas implica, quase sempre, num grande desperdcio de energia, uma vez que, independente da demanda imediata, os laboratrios permanecem abertos, com os computadores, luzes e climatizao ligados.

    A demanda por assentos nos laboratrios, principalmente fora do horrio comercial, sazonal; quando se aproximam as datas de entrega dos trabalhos escolares, existe uma corrida aos laboratrios e, impossibilitar o acesso dos usurios aos laboratrios comprometeria um dos principais diferencias do CIn: a disponibilidade 24/7 de seus recursos.

    O CIn conta com 5 (cinco) laboratrios de Graduao com tamanhos semelhantes, mas com caractersticas relativas s especificaes de seus computadores diferentes. Fisicamente os laboratrios esto localizados no mesmo corredor (figura 7) o que minimiza o transtorno, no momento em que os usurios forem realocados para outro ambiente devido ao fechamento do laboratrio originalmente utilizado.

  • 38

    Figura 7 Layout laboratrios de graduao.

    O laboratrio que conta com os computadores de maior desempenho e com a maior quantidade de aplicativos instalados, ser classificado como ambiente de alta prioridade, com o objetivo de estar sempre aberto, garantindo a premissa de disponibilidade do Centro de Informtica. A tabela 3 demonstra as quantidades e caractersticas dos equipamentos disponveis nos laboratrios de graduao do CIN.

    Tabela 3 Computadores do laboratrios de graduao do CIn UFPE.

    Laboratrio QTD CPU Capacidade HD Memria

    RAM Placa Vdeo Monitor

    G1 40 Sempron 2,7GHz 40GB 1GB 64MB

    integrada 17" CRT

    G2 40 Pentium 4 3GHz 40GB 1GB 64 MB

    independente 17" CRT

    G3 48 Athlon 2,8GHZ 160GB 1GB 256MB

    independente 17" CRT

    G4 50 Pentium 4 D

    1,6GHz 160GB 2GB 512MB

    independente 17"LCD

    G5 32 Athlon dual core

    2,8GHZ 250GB 2GB 64MB

    integrada 17"LCD Fonte: Gerncia de infraestrutura CIn.

  • 39

    A iluminao de cada laboratrio feita com o uso de 12 luminrias com duas lmpadas fluorescentes tubulares de 32W cada, equipadas com reatores eletrnicos de alto fator de potncia. A alimentao dos computadores, nos laboratrios feita atravs de uma rede de energia estabilizada, com 120V, proveniente de um estabilizador de 10KVA instalado em cada laboratrio - essa caracterstica possibilita o desligamento individual de cada ambiente sem comprometer o funcionamento dos demais. A climatizao dos ambientes proporcionada por splits tipo piso-teto instalados sob o forro de cada laboratrio, a temperatura de conforto programada individualmente em cada aparelho atravs de um controle remoto que no est acessvel aos usurios. Com o objetivo de minimizar o tempo de indisponibilidade, em caso de defeito na climatizao dos laboratrios, existe a diretriz de instalar dois splits por ambiente. Isso j foi implementado nos laboratrios G3 e G4. A planilha abaixo apresenta as quantidades, caractersticas e consumos eltricos medidos nos equipamentos em cada laboratrio.

    Tabela 4 Equipamentos eltricos nos laboratrios de graduao CIn UFPE

    Local Dispositivo Quantidade Potncia individual (W) Total (W) Potncia geral

    (W)

    G1 Computadores 40 168,3 6732

    15288 Lmpadas 32w 24 32 768 Split 1 1 7788 7788

    G2 Computadores 40 158,4 6336

    14958 Lmpadas 32w 24 32 768 Split 1 1 7854 7854

    G3

    Computadores 48 149,6 7180,8

    20521,8 Lmpadas 32w 24 32 768 Split 1 1 7854 7854 Split 2 1 4719 4719

    G4

    Computadores 50 137,5 6875

    20159 Lmpadas 32w 24 32 768 Split 1 1 8316 8316 Split 2 1 4200 4200

    G5 Computadores 32 143 4576

    13198 Lmpadas 32w 24 32 768 Split 1 1 7854 7854

    Total (W) 84124,8 Fonte: Gerncia de infraestrutura CIn.

  • 40

    4.2 IMPLEMENTAO

    Para a implementao prtica do sistema, adotamos uma verso compacta do CAMPS, desenvolvida especificamente para a aplicao no cenrio selecionado. Nessa verso compacta, definimos no cdigo as quantidades e caractersticas de cada equipamento instalado nos ambientes monitorados, definimos as regras de inferncia, associamos uma pequena agenda para garantir a abertura dos ambientes em horrios reservados e as aes do sistema ficam armazenadas em um banco de dados.

    A aquisio da informao relativa quantidade de pessoas utilizando um determinado laboratrio em um dado momento, ser feita atravs de um script que executado automaticamente, de cinco em cinco minutos, no servidor de domnio do Centro de Informtica. Esse script contabiliza as mquinas onde existem usurios logados, baseado em scripts de logon e logout dos usurios, e armazena as informaes em arquivos tipo TXT codificados, que sero acessados pelo CAMPS. Outro script ser utilizado para promover o shutdown lgico (desligamento) das mquinas nas operaes de fechamento dos laboratrios. Essa operao muito importante para garantir a integridade dos sistemas operacionais durante o desligamento da alimentao dos computadores. O script chamado pelo CAMPS no procedimento de fechar os ambientes. Uma alternativa ao script de shutdown seria a utilizao das diretrizes de energy saving da Microsoft, mas possveis problemas de compatibilidade dos diversos hardwares, principalmente das placas me, poderiam no surtir os efeitos esperados, com eventuais crashes no desligamento/ativao dos computadores.

    O parmetro para deciso do fechamento ou abertura dos ambientes foi definido com o limiar de 70% de ocupao dos assentos do laboratrio. Esse valor cria uma margem de segurana para o caso de haver equipamentos com problemas de hardware ou de conexo com a rede do CIn. A prioridade de abertura e fechamento dos laboratrios determinada pela capacidade dos equipamentos dos mesmos. O laboratrio selecionado para estar sempre aberto, atendendo o critrio disponibilidade 24/7 foi o G5. A sequncia de prioridades e os limiares de quantidade de mquinas em uso (70% ) esto demonstrados na tabela 5.

  • 41

    Tabela 5 Tabela de prioridade e quantidade limiar por laboratrio

    Laboratrio Quantidade Total de

    mquinas Limiar de mquinas

    ocupadas PRIORIDADE

    G5 32 23 1

    G4 50 35 2

    G3 48 34 3

    G1 40 28 4

    G2 40 28 5

    Totais 210 148 Fonte: Gerncia de infraestrutura CIn.

    Para o acionamento fsico dos dispositivos eltricos como portas, condicionadores de ar, estabilizadores e luzes, foi montado um controlador denominado de CAMPS controller, mostrado na figura 8.

    Figura 8 Controlador CAMPS.

  • 42

    O controlador foi montado a partir de um kit de desenvolvimento fabricado pela Olimex, modelo LPC-E2124 (figura 9), baseado no microcontrolador Philips LPC2124. As principais caractersticas do LPC-E2124 so:

    a) Processador de 16-32 bits com arquitetura ARM7 TDMI-S; b) 16 Kbytes de memria RAM embarcada; c) 256 Kbytes de memria flash embarcada para programa; d) Interface Ethernet CS8900 e) 24LC515 EEPROM for external web storage f) Conector padro JTAG com ARM 2x10 pinos layout para

    programao/debugging com ARM-JTAG g) 12 pinos de I/O digitais h) Conversor de interface Interface USB - RS232 i) Alimentao singela de 5VCD j) Reguladores internos de 3,3VDC e 1,8VDC

    Figura 9 Olimex - LPC-E2124.

    O LPC-E2124 foi programado para acionar uma ou mais de suas 12 sadas digitais atravs de comandos enviados por uma seo de telnet via TCP-IP. O mdulo recebe do CAMPS, uma sequncia de caracteres que indica quais pinos devem ser ativados/desativados.

  • 43

    Essas sadas digitais foram conectadas a buffers de corrente para o acionamento de reles de contato seco. Todo o conjunto alimentado por uma fonte chaveada de 12v conectada ao sistema de energia ininterrupta (no-break) do CIn.

    Para viabilizar a retirada do mdulo controlador para eventuais manutenes ou desconsiderarmos suas sadas, foi instalado um banco de 12 chaves com a denominao de by-pass. O diagrama de blocos do controlador est representado na figura10.

    Figura 10 Diagrama controlador CAMPS.

    Como o controlador responsvel pelo controle de diferentes cargas como splits, luminrias, fechaduras eletromagnticas, estabilizadores de energia, etc, optamos por adicionar um segundo rele, instalado junto ao dispositivo controlado. Isso, alm de padronizar o valor da corrente e tenso eltrica de acionamento para todos os dispositivos, oferece maior segurana no manuseio do controlador, uma vez que, as tenses de operao dos dispositivos (110VAC, 220VAC e ou 380VAC) ficaram isoladas dentro dos respectivos equipamentos. A figura 11 demonstra o diagrama unifilar geral do arranjo.

  • 44

    Figura 11 Diagrama unifilar do arranjo.

    Para a obteno de dados precisos relativos ao consumo, a medio da energia ser feita atravs de um medidor digital com memria de massa, marca CCK Automao, modelo CCK7550E (apresentado da figura 12), instalado na entrada da subestao do Centro de Informtica da UFPE. O medidor faz a captura dos valores das grandezas eltricas em intervalos de 15 em 15 minutos. O medidor ainda conta com uma interface Ethernet e est conectado via TCP-IP a um computador com um software para a transferncia e anlise dessas informaes. Os dados coletados foram lanados em uma planilha para a obteno dos grficos para anlise do comportamento da carga eltrica do Centro de Informtica.

    Figura 12 Medidor CCK7550E

  • 45

    A tabela abaixo, apresenta os custos aproximados para a implementao do sistema no Centro de informtica:

    Tabela 6 Custos de implantao

    Descrio Unidade Quantidade valor unitrio Valor Total Analista Java pleno HH 10 R$ 41,00 R$ 410,00 Programador Java junior HH 40 R$ 21,00 R$ 840,00 Olimex - LPC-E2124 un 1 R$ 165,00 R$ 165,00 Programado C senior HH 10 R$ 46,00 R$ 460,00 Eletricista pleno HH 40 R$ 12,00 R$ 480,00 Material para montagem un 1 R$ 900,00 R$ 900,00

    R$ 3.255,00 Fonte: Valores de mercado

    4.3 RESULTADOS OBTIDOS

    Uma amostragem prvia delineou o comportamento do consumo de energia do CIn antes da ativao do CAMPS. O grfico 1, apresenta o comportamento do consumo de energia do Centro de informtica em um dia tpico do ms de abril 2009 (dia 8 de abril quarta feira).

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    00:1

    5

    01:3

    0

    02:4

    5

    04:0

    0

    05:1

    5

    06:3

    0

    07:4

    5

    09:0

    0

    10:1

    5

    11:3

    0

    12:4

    5

    14:0

    0

    15:1

    5

    16:3

    0

    17:4

    5

    19:0

    0

    20:1

    5

    21:3

    0

    22:4

    5

    00:0

    0

    Hora do dia

    KW (kW)

    Grfico 1 Consumo de energia dia 08 de abril (quarta-feira). Fonte: Gerncia de Infraestrutura CIn

  • 46

    Como o medidor de energia do experimento, est conectado entrada da subestao dos Blocos de A, B e C do CIn, observamos uma queda significativa do consumo de energia eltrica, nos horrios a partir das 17:00hs e antes das 8:00hs, isso se d pelo fato dos usurios dos gabinetes e de projetos desligarem seus sistemas individuais: iluminao e refrigerao, no final do expediente.

    O grfico 2, apresenta o comportamento do consumo de energia do Centro de informtica em um final de semana tpico do ms de abril 2009 (dia 4 e 5 de abril).

    KW

    020406080

    100120140160180

    00:1

    5

    02:4

    5

    05:1

    5

    07:4

    5

    10:1

    5

    12:4

    5

    15:1

    5

    17:4

    5

    20:1

    5

    22:4

    5

    01:1

    5

    03:4

    5

    06:1

    5

    08:4

    5

    11:1

    5

    13:4

    5

    16:1

    5

    18:4

    5

    21:1

    5

    23:4

    5

    Hora do dia

    KW KW

    Grfico 2 Consumo de energia de 04 a 05 de abril 2009 (final de semana). Fonte: Gerncia de Infraestrutura CIn

    Como o CAMPS, durante a fase do experimento, funcionar nos perodos entre 22:00hs e 6:00hs em dias teis (de 2 feira a 6 feira) e durante todo o dia nos finais de semana, faremos a observao do comportamento do consumo de energia apenas nesses horrios. O resultado para dias teis (da noite do dia 07/04/09 at a manh do dia 08/04/09) est representado no grfico 3.

  • 47

    110

    115

    120

    125

    130

    135140

    145

    150

    22:00

    22:30

    23:00

    23:30

    00:00

    00:30

    01:00

    01:30

    02:00

    02:30

    03:00

    03:30

    04:00

    04:30

    05:00

    05:30

    06:00

    Hora do dia

    KW

    Grfico 3 - Consumo de energia entre dia 07 e 08 de abril 2009 das 22:00hs s 6:00hs. Fonte: Gerncia de Infraestrutura CIn

    A partir do dia 09 de abril, o CAMPS foi ativado. A partir dos histricos gerados pelo script que monitora a ocupao dos laboratrios, pudemos obter o grfico 4, que aponta a quantidade de usurios no centro, nos respectivos horrios do dia 09 a dia 20 de abril. A baixa presena no dia 09 e 10 devida ao feriado de Pscoa 2009

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    140

    9/4/20

    0910

    /4/20

    0911

    /4/20

    0912

    /4/20

    0913

    /4/20

    0914

    /4/20

    0915

    /4/20

    0916

    /4/20

    0917

    /4/20

    0918

    /4/20

    0919

    /4/20

    0920

    /4/20

    09

    Datas

    Com

    puta

    dore

    s em

    u

    so

    Ocupao geralLimiar G5Limiar G5 + G4

    Grfico 4 Ocupao dos laboratrios de 9 a 20 de abril 2009 Fonte: Gerncia de Infraestrutura CIn

    Observamos que nos horrios de atuao do CAMPS durante as madrugadas o limite de abertura do segundo laboratrio (limiar G5) no foi excedido. J nos finais de

  • 48

    semana, 11-12 de abril e 18-19, a abertura do segundo laboratrio (G4), foi necessria no perodo diurno. O grfico 5, apresenta o detalhamento do dia 18 de abril como exemplo.

    010203040506070

    00:0

    5

    01:2

    0

    02:3

    5

    03:5

    005

    :05

    06:2

    0

    07:3

    5

    08:5

    0

    10:0

    5

    11:2

    0

    12:3

    5

    13:5

    0

    15:0

    5

    16:2

    0

    17:3

    5

    18:5

    020

    :05

    21:2

    0

    22:3

    5

    23:5

    0

    Horrio

    Com

    puta

    dore

    s em

    u

    so

    Ocupao GeralLimiar G5Limiar G5 + G4

    Grfico 5 Ocupao dos laboratrios dia 18 de abril 2009 Fonte: Gerncia de Infraestrutura CIn

    A figura abaixo apresenta uma tela do phpMyAdmin, utilitrio usado para acessar bases de dados, onde mostramos as aes comandadas pelo CAMPS para o controlador, armazenadas na base de dados criada para o sistema. Observamos, nas trs primeiras linhas, os comandos para abrir portas, ligar ar-condicionado/luzes e acionar os computadores do laboratrio G4. As operaes de desligamento do mesmo esto destacadas nas trs linhas seguintes. As diferenas de horrio, entre o grfico de ocupao e o banco de dados, so justificadas pelo no sincronismo dos relgios dos servidores.

  • 49

    Figura 13 Tela do banco de dados

    O grfico 6 apresenta o comportamento do consumo de energia em um dia tpico do ms de abril, aps o CAMPS ser ativado (dia 15 de abril, quarta-feira).

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    00:1

    5

    01:1

    5

    02:1

    5

    03:1

    5

    04:1

    505

    :15

    06:1

    5

    07:1

    508

    :15

    09:1

    5

    10:1

    5

    11:1

    5

    12:1

    5

    13:1

    5

    14:1

    515

    :15

    16:1

    5

    17:1

    5

    18:1

    5

    19:1

    5

    20:1

    5

    21:1

    522

    :15

    23:1

    5

    Hora do dia

    KW

    Grfico 6 - Consumo de energia dia 15 de abril (quarta-feira) com o CAMPS ativo. Fonte: Gerncia de Infraestrutura CIn

  • 50

    Destacando o perodo de atuao do CAMPS, das 22hs s 06hs, obtemos o grfico 7 (considerando da noite do dia 14 manh do dia 15 de abril).

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    140

    22:15

    22:45

    23:15

    23:45

    00:15

    00:45

    01:15

    01:45

    02:15

    02:45

    03:15

    03:45

    04:15

    04:45

    05:15

    05:45

    Hora do dia

    KW

    Grfico 7 - Consumo de energia entre dia 14 e 15 de abril 2009 das 22:00hs s 6:00hs. Fonte: Gerncia de Infraestrutura CIn

    O grfico 8 apresenta o consumo de energia em um final de semana (dia 18 e 19 de abril), aps a ativao do CAMPS.

    020406080

    100120140

    00:1

    502

    :15

    04:1

    5

    06:1

    508

    :15

    10:1

    5

    12:1

    514

    :15

    16:1

    5

    18:1

    520

    :15

    22:1

    5

    00:1

    502

    :15

    04:1

    5

    06:1

    508

    :15

    10:1

    512

    :15

    14:1

    5

    16:1

    518

    :15

    20:1

    5

    22:1

    5

    Hora do dia

    KW

    Grfico 8 - Consumo de energia de 18 a 19 de abril (final de semana) com o CAMPS ativo Fonte: Gerncia de Infraestrutura CIn

    A diferena de energia entre as duas situaes, antes e depois da ativao do CAMPS, foi obtida atravs da unio das duas planilhas, observando-se o horrio de amostragem como sincronizador das informaes. O resultado da diferena entre a situao normal e a situao com o CAMPS ativo para dias teis est representada no grfico 9.

  • 51

    020

    4060

    80100

    120140

    160

    22:15

    22:45

    23:15

    23:45

    00:15

    00:45

    01:15

    01:45

    02:15

    02:45

    03:15

    03:45

    04:15

    04:45

    05:15

    05:45

    Hora do dia

    KW

    CAMPSNormal

    Grfico 9- Diferena para dias teis Fonte: Gerncia de Infraestrutura CIn

    Na comparao para o perodo do final de semana obtivemos as curvas mostradas no grfico 10.

    020406080

    100120140160180

    00:1

    503

    :00

    05:4

    508

    :30

    11:1

    514

    :00

    16:4

    519

    :30

    22:1

    501

    :00

    03:4

    506

    :30

    09:1

    512

    :00

    14:4

    517

    :30

    20:1

    523

    :00

    Hora do dia

    KW CAMPS

    Normal

    Grfico 10- Diferena para finais de semana

    Fonte: Gerncia de Infraestrutura CIn

    A economia mdia, em ambos os grficos pode ser calculada com a obteno do valor mdio da diferena entre a curva anterior ao CAMPS para a curva do depois do CAMPS.

    amstrasQtdcampsPotantesPot

    mediaEconomia.

    )..(.

    =

  • 52

    Aplicando a formula s planilhas obtivemos os seguintes valores.

    Tabela 7 Economias mdias

    Perodo Economia mdia (KW) Dia da semana 32,716 Final de semana 31,233

    Fonte: Clculo de resultados

    Uma maneira conservadora de aferir o ganho de energia obtido com a ativao do CAMPS compar-lo com a potncia nominal dos equipamentos instalados nos laboratrios, obtida na tabela 4. Esse o pior caso para comparao, uma vez que a medida nominal considera que todos os equipamentos dos ambientes esto ligados e em pleno funcionamento durante todo o tempo. O valor nominal obtido foi, conforme a tabela 4, 84,1248 KW. Podemos calcular a economia percentual para o cenrio com a ativao do CAMPS, tomando valores absolutos de ocorrncia em uma semana, como na tabela 7. Tabela 8 Tabela economia em relao carga nominal

    Potncias KW Horas de ocorrncia (em uma semana) KWh Total KWh Carga nominal total instalada 84,125 168 14.133,0 14.133,0

    Economia mdia dias semana

    32,716 40 1.308,6 2.807,8 Economia mdia finais de

    semana 31,233 48 1.499,2

    Economia percentual 19,87 %

    Fonte: Clculo de resultados

    Na prtica, esse percentual maior. Podemos afirmar isso por, pelo menos, dois motivos: nem sempre todos os computadores esto em operao todo o tempo, uma vez desligados noite, podem s ser reativados quando efetivamente algum for utiliz-lo e, os compressores dos splits, maior carga individual do sistema, tm perodos de desligamento quando os ambientes atingem as temperaturas de conforto programadas.

    Como sabemos, a grandeza de energia eltrica a multiplicao da Potncia em KW pelo tempo em horas e apresentada em KWh.

    Energia = Potncia x tempo

  • 53

    A rea do grfico resultante da diferena entre a potncia antes e depois da ativao do CAMPS igual energia economizada. Para obteno da rea aproximada da figura, em uma planilha, fazemos a multiplicao da economia mdia pelo tempo em horas.

    xQtdHorassQtdamostracampsPotantesPot

    Economia)..(

    =

    O valor cobrado pelo KWh, atualmente praticado pela concessionria local para, consumidores do segmento de governo com a adoo de tarifa azul em 13.800V, como o caso da Universidade Federal de Pernambuco, em horrios fora de pico : R$ 0,17449 R$/kWh.

    A tabela 8 apresenta as economias encontradas no experimento e sua projeo para o perodo de 1 (um) ano, alm do valor em reais que estima-se poupar.

    Tabela 9 Estimativa de economia anual em reais.

    Perodo Economia mdia (E)

    Horas perodo (H)

    Ocorrncia (um ano) (O)

    Economia Total (ExHxO)

    Dia da semana 32,716 KW 8h 261 68.310,23 KWh Final de semana 31,233 KW 48h 52 77.958,40 KWh Total 146.268,63 KWh Valor do KWh (tarifa azul fora do pico) R$ 0,17449 Economia mdia, projetada para um ano R$ 25.522,41

    Fonte: Clculo de resultados.

    Como podemos constatar, a economia em reais estimada em um ano com a ativao do CAMPS seria de R$25.522,41, para o custo estimado na tabela 6, teramos o retorno do investimento j a partir do segundo ms de uso do sistema.

  • 54

    4.4 CONSIDERAES FINAIS

    Como o comportamento dos usurios em relao ao uso dos laboratrios sazonal, uma aferio do ganho real no perodo de um ano, s poder ser feita com a observao dos demais perodos do ano letivo. Em momentos de alta demanda como a poca da entrega dos trabalhos das disciplinas semestrais, por exemplo, a economia lquida de energia certamente ser menor, mas teremos um significativo aumento de atuao do sistema na gerao e avaliao dos contextos e na abertura e fechamento dos ambientes, ratificando a garantia da disponibilidade, fundamentada nas especificaes de requisitos do sistema. Os sistemas continuaro armazenando as informaes de quantidade de usurios, consumo de energia e aes do CAMPS. Essas informaes ao longo do tempo, num perodo maior de amostragem, sero uma ferramenta interessante para a continuidade no desenvolvimento do arranjo, possibilitando em trabalhos futuros o aumento da eficcia e flexibilidade do sistema.

    No foi encontrado no mercado nenhum sistema que atendesse as premissas do sistema para que fosse feita uma avaliao comparativa, principalmente no que tange a

    sensibilidade ao contexto. Sistemas de automao programados, existente em vrios fabricantes, no garantiriam a disponibilidade dos ambientes como o arranjo implementado.

  • 55

    5 CONCLUSES E TRABALHOS FUTUROS

    A utilizao de sensibilidade a contexto d uma nova funcionalidade a automao de sistemas eltricos. A economia de energia alcanada com a implementao prtica, sem o comprometimento do acesso aos ambientes, serve para convencer at os maiores crticos do assunto. No trata-se apenas de desligar equipamentos em horrios e situaes programadas, temos a disponibilidade garantida por um sistema sensvel ao contexto que, diferentemente da automao convencional, responde s necessidades ocasionais de demandas inesperadas. Est ai seu grande diferencial.

    A adoo de um middleware como camada intermediria, sem dvida d ao sistema uma flexibilidade importante em relao a pelo menos dois aspectos importantes:

    a) Torna o sistema funcional para uma vasta gama de aplicaes; essa abrangncia confere uma escala de produo que tende a baratear tanto o custo desenvolvimento do core do middleware, quanto as aplicaes que interagem com o mesmo.

    b) A possibilidade de utilizao de qualquer dispositivo fsico, com respectivo aplicativo aderente ao middleware, garante a viabilidade financeira dos projetos uma vez que a adoo do hardware necessrio ao sensoriamento (variveis de contexto) e ao acionamento pode ser feita sem amarrao a padres ou fabricantes; o custo ditado pela criatividade do projetista, e pela disponibilidade financeira do solicitante.

    Como opo para trabalhos futuros, sugerimos o aprimoramento do CAMPS, conferindo-lhe maior flexibilidade e resilincia alm da possvel integrao de inteligncia artificial em suas inferncias. No que tange s aplicaes relacionadas racionalizao de energia, um desafio interessante o desenvolvimento de acionadores, sensores e seus controladores, de baixo custo, que utilizem a infraestrutura existente disponvel. Por exemplo: na maioria dos ambientes atendidos por cabeamento estruturado alguns pares metlicos dos cabos, mesmo dos pontos utilizados, ficam disponveis. Esses pares podero ser utilizados para o envio de parmetros elementares tais como presena humana e existncia de iluminao, da borda (gabinete) para o centro (rack). Isso reduz sensivelmente o custo dos dispositivos sensores, agora discretos, uma vez que apenas um equipamento ativo, instalado

  • 56

    no rack central, ser necessrio. Da mesma forma, comandos de ligar ou desligar dispositivos, podero ser enviados no sentido contrrio, do centro para a borda.

    Um par metlico do ponto utilizado pelo telefone do gabinete poder ser usado para a instalao de um sensor de luminosidade. Essa informao (sala acesa ou apagada) chegar em um ponto central, que tambm receber as mesmas informaes provenientes dos demais gabinetes. O equipamento central informar ao middleware, atravs de uma aplicao, a situao em que se encontra a luz daquele gabinete: est acesa ou est apagada. Outras informaes como: horrio, iluminao natural nos corredores, pontos de rede ativos e logados nos gabinetes, caracterizaro um contexto que poder levar o middleware a inferir que a iluminao eltrica da circulao poder ser reduzida, visto que os usurios esto em seus gabinetes, naquele momento. O simples apagar da luz de um gabinete, mudar o contexto, e poder fazer o middleware disparar um comando para o acionamento total da iluminao da circulao, por todo o caminho at a sada do usurio. Esse arranjo, alm de garantir a economia de energia na iluminao da circulao em momentos ociosos, confere ao usurio que estava no gabinete, o conforto de circular em um corredor totalmente iluminado, sem o incmodo de, como nos modelos tradicionais de automao, ter que caminhar no escuro, at se aproximar do prximo sensor de presena para que esse acione as luminrias e ilumine o caminho! Quando o usurio passar seu crach na catraca, do sistema de aceso ao prdio, que tambm poder estar registrado no middleware, far com que se forme um novo contexto e a iluminao da circulao voltar ao modo econmico, desligando a maioria de suas lmpadas.

    O conceito est lanado. A criatividade o limite!

  • 57

    REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

    EPE, Resenha mensal do mercado de energia eltrica, disponvel em http://www.epe.gov.br/ResenhaMensal/20090123_1.pdf, acessado em 20 de abril de 2009

    ANEEL, Informaes do Setor Eltrico. Disponvel em: < http://www.aneel.gov.br/area.cfm?idArea=39 >. Acesso em: 17 out. 2008

    TERRA, Dados de desperdcio energtico so conservadores. Disponvel em http://terramagazine.terra.com.br/interna/0,,OI2943861-EI6780,00-Dados+de+desperdicio+energetico+sao+conservadores.html Acesso em: 24 out. 2008

    DEY, Anind, et al, A conceptual framework and a toolkit for supporting the rapid prototyping of context-aware applications, HCI Journal, 16 (2-4), 2001, p. 97-166.

    Mariotoni C. A. & Andrade E. P. (2002). Descrio de Sistemas de Automao Predial Baseados em Protocolos PLC Utilizados em Edifcios de Pequeno Porte e Residncias. CTAI - Revista de Automao e Tecnologia da Informao. Volume 01 n 1 Janeiro/Junho 2002

    EPE, Resenha mensal do mercado de energia eltrica. Ano I No 12 09/2008 disponvel em http://www.epe.gov.br/ResenhaMensal/20080929_1.pdf Acesso em: 24 out. 2008

    EPE/COPAM, Projees da demanda de energia eltrica 2008-2017. Disponvel em http://epe.gov.br/PDEE/20080416_2.pdf Acesso em: 24 out. 2008

    NOGUEIRA, Luiz Augusto Horta. Uso racional: a fonte energtica oculta. Estud. av. , So Paulo, v. 21, n. 59, 2007 . Disponvel em: . Acesso em: 24 2008. doi: 10.1590/S0103 40142007000100008.

    INMETRO, Programa Brasileiro de Etiquetagem. Disponvel em < http://www.inmetro.gov.br/imprensa/releases/pbe.asp >. Acesso em: 24 out. 2008

    LEONELLI, P. Cenrios de Oferta e Preos de Energia: Papel da Eficincia Energtica e da Cogerao de Energia - Viso Presente e Futura. In: 3 Congresso Brasileiro de Eficincia Energtica e Cogerao de Energia. So Paulo: MME, 2006.

    SCHILIT, B.; THEIMER, M. Disseminating Active Map Information to Mobile Hosts.IEEE Network, [S.l.], 1994.

    RYAN, N.; PASCOE, J.; MORSE, D. Enhanced reality fieldwork: the contextaware archaeological assistant. Computer Applications in Archaeology, [S.l.], 1997.

  • 58

    DEY, A. Context-aware computing: The CyberDesk project. In: SPRING SYMPOSIUM ON INTELLIGENT ENVIRONMENTS, 1998. Anais. . . AAAI, 1998.

    HULL, R.; NEAVES, P.; BEDFORD-ROBERTS, J. Towards situated computing. In: INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON WEARABLE COMPUTERS, 1997. Anais. . . .,1997.

    YAMIN, A.; AUGUSTIN, I.; BARBOSA, J.; SILVA, L.; REAL, R.; CAVALHEIRO, G.; GEYER, C. Towards Merging Context-Aware, Mobile and Grid Computing. International Journal of High Performance Computing Applications, Londres, v.17, n.2, p.191203, 2003.

    DEY, A.; ABOWD, G. Towards a Better Understanding of Context and Context-Awareness.Workshop on the what, who, where, when and how of context-awareness at CHI 2000, [S.l.], Abril 2000.

    FORESTI P. Remagnino and G.L Foresti, Ambient Intelligence: A New Multidisciplinary Paradigm, IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics, Part A, Volume 35, Issue 1, pp. 1 6, Janeiro 2005

    LINDWER, Menno, Diana Marculescu, Twan Basten, "Ambient Intelligence Visions and Achievements: Linking Abstract Ideas to Real World Concepts". 2003 IEEE.

    GARATE, A. I. Lucas, N. Herrastini and A. Lopez, Ambient intelligence as paradigm of a full automation process at home in a real application, IEEE International Symposium on Computational Intelligence in Robotics and Automation. (CIRA 2005), pp 475-479, Junho 2005.

    OBJECT Web Open Source Middleware. Acessado em 28 de dezembro de 2005, disponvel em: http://middleware.objectweb.org/ CAMPBELL Andrew T., Geoff Coulson, Michael E. Kounavis. "Managing Complexity: Middleware Explained," IT Professional, vol. 01, no. 5, pp. 22-28, September/October, 1999

    ARAUJO, JAIR J., CARLOS E. PEREIRA ANLISE DE PROTOCOLOS DE AUTOMAO PREDIAL/RESIDENCIAL obtido em: http://www.lti.pcs.usp.br/robotics/grva/publicacoes/outras/cba2004-cd-rom/cba2004/pdf/832.pdf, acessado em 07 de abril de 2009

    HARPER, Richard - Inside the smart home, acessado na web no endereo: http://books.google.com/books?id=SvcHvHuv86gC&printsec=frontcover&hl=pt-BR, em 07 de abril de 2009

    FLORES, Antnio Manuel L. Quadros , A criao de valor no binmio: casa inteligente / consumidor, acessado na web no endereo http://www.aedie.org/9CHLIE-paper-send/394-FLORES.pdf

    FRANCO, Ivan, A Casa do Futuro Interactiva, Cap. Sensores e Actuadores: os Sentidos e Msculos da Casa Inteligente, 2003

    HUEBSCHER, Markus C. e Julie A. McCann Adaptive middleware for context-aware applications in smart-homes. 2nd workshop on Middleware for pervasive and ad-hoc computing Toronto, Ontario, Canada 2004, acessado de

  • 59

    http://delivery.acm.org/10.1145/1030000/1028511/p111-huebscher.pdf?key1=1028511&key2=8314519321&coll=GUIDE&dl=GUIDE&CFID=30146180&CFTOKEN=96097491

    TAKIUCHI, Marcelo; Erica Melo; Flavio Tonidandel. Domotica Inteligente: Automacao Baseada Em Comportamento. Publicado em: CBA 2004 - XV CONGRESSO BRASILEIRO DE AUTOMTICA, 2004, Gramado - RS. Anais do XV Congresso Brasileiro de Automtica. 2004.

    BROOKS, A.R. (1997). The intelligent Room Project. em: 2th International Cognitive Technology Confererence (ICT97). Proceedings. Aizu, Japo, 1997.

    VLTER, M., Kircher, M. and Zdun, U. Remoting Patterns: Foundations of Enterprise, Internet and Realtime Distributed Object Middleware. Wiley Series in Software Design Patterns, 2004.