revista lups, vol. 2, no. 1, dezembro 2013 1...

REVISTA LUPS, VOL. 2, NO. 1, DEZEMBRO 2013 1

Explorando a Consciencia de Situacao em SmartHomes utilizando a Plataforma LabVIEW

Maicon Anca dos Santos, UFPel; Patrıcia Teixeira Davet, UFPel

Resumo—Ambientes Inteligentes direcionados as Smart Homes (Casas Inteligentes) sao capazes de prestar e integrar servicos

otimizados para atender as tarefas cotidianas, de forma transparente, tornando a vida de seus habitantes mais simples. As

Smart Homes possuem sistemas inteligentes capacitados a responder de forma autonoma a necessidade dos usuarios,

possibilitando acesso a informacoes diversas, comunicacao interpessoal e ate o controle dos elementos fısicos do ambiente.

Estes dados captados e gerados pelo sitema podem ser tratados como informacoes contextuais e estas quando abstraıdas em

uma visao de mais alto nıvel definem uma situacao. O artigo discute o desenvolvimento de sistemas inteligentes, conscientes

da situacao e aplicados em Smart Homes que utilizam o software LabVIEW como um processador de regras contextuais.

Palavras-Chave—Consciencia de situacao, computacao ubıqua, smart home, LabVIEW.

F

1 Introducao

A perspectiva introduzida pela ComputacaoUbıqua vem se tornando uma tendencia

mundial em funcao do rapido avanco tecnologicodos dispositivos moveis, redes sem fio, redes desensores, sistemas e dispositivos inteligentes, sis-temas distribuıdos, grades computacionais, sis-temas autonomos e outras tecnologias relacio-nadas a integracao de sistemas. Sao tecnologiasconvergentes, que se adaptam sinergicamente nocotidiano dos usuarios. Tendo em vista a dinami-cidade, decorrente desta integracao, a capacidadede reacao ao contexto torna-se um componenteimportante e fundamental na Computacao Ubı-qua [1].

Considerando esta perspectiva, o emprego daconsciencia de situacao e essencial para os Siste-mas Ubıquos e tem ganhado espaco na literaturaespecializada [2].

Diversos autores tentam desenvolver formasinovadoras de como tornar o uso da computacao

• Maicon Anca dos Santos: Programa de Pos-Graduacaoem Computacao, Universidade Federal de Pelotas - UFPel,Centro de Desenvolvimento Tecnologico - CDTec.E-mail: [email protected]

• Patrıcia Teixeira Davet: Programa de Pos-Graduacaoem Computacao, Universidade Federal de Pelotas - UFPel,Centro de Desenvolvimento Tecnologico - CDTec.E-mail: [email protected]

ubıqua e pervasiva mais proxima da visao de Wei-ser segundo a qual “as tecnologias mais profundassao aquelas que desaparecem. Elas se integram avida cotidiana ate se tornarem indistinguıveis damesma”.

Com isso, surgem cenarios interessantes, queempregam o poder computacional em qualquerlugar, a qualquer momento (always-on), acessıvelcom qualquer dispositivo. A completa integracaode diversos (e diferentes) dispositivos, aplicacoese plataformas com o ambiente fısico possibilitama criacao de ambientes dinamicos e heterogeneoschamados de espacos pervasivos (pervasive spa-ces), ambientes inteligentes (smart spaces), casasinteligentes (smart homes) ou tambem de ambi-entes reativos (responsive environments) [3]. Emtodos esses casos, sempre e visada a automatiza-cao e o aperfeicoamento das solucoes empregadaspelos usuarios em problemas diarios de forma aantecipar-se e adaptar-se as suas necessidades.

Cada vez mais, o homem tenta adaptar a casaonde vive as suas necessidades, tendo em vistafatores como economia, conforto, seguranca, eco-logia, gestao do espaco, capacidade de adapta-cao e integracao. E neste ambito que surgiu oconceito de Smart Homes, casas que se utilizamde diversas ferrramentas tecnologicas , muitasvezes ja utilizadas com sucesso em outras areas,como por exemplo a industria automobilıstica,para gerenciar todos os recursos habitacionais e

LABORATORY OF UBIQUITOUS AND PARALLEL SYSTEMS c© LUPS


tornar o cotidiano de seus usuarios mais simples,satisfazendo as suas necessidades de comunicacao,conforto e seguranca.

Dentre as ferramentas utilizadas para este fimesta o LabVIEW, software criado pela NationalInstruments que possui um ambiente de desen-volvimento de facil utilizacao e programacao, in-tegrado a diversos sistemas operacionais e com ca-racterısticas que facilitam conexao a uma variadagama de hardwares e outros softwares. Este tra-balho tem como objetivo realizar uma pesquisa deprojetos na area de Smart Homes, que explorama consciencia de situacao como forma de tratar einferir informacoes contextuais coletadas por di-ferentes sensores, utilizando para tal a plataformaLabVIEW.

O artigo esta organizado da seguinte forma: asecao 2 apresenta uma revisao sobre os principaisconceitos da Computacao Sensıvel ao Contexto.A secao 3 aborda definicoes dos conceitos, princı-pios e requisitos inerentes em uma Smart Hometendo como premissa ela ser um Ambiente In-teligente controlado por Inteligencia Ambiental.A secao 4 apresenta o LabVIEW, sua linguagemde programacao e trata de conceitos introduzidospela plataforma. A secao 5 discute os trabalhosrelacionados. Por fim, a secao 6 apresenta asconsideracoes finais.

2 Computacao Sensıvel ao contextoAmbientes ubıquos oferecem grande interconecti-vidade entre os servicos computacionais e tam-bem interacoes com o mundo fısico onde estaoinseridos, gerando complexidade e dinamismo nasaplicacoes.

Com isso, adaptacoes no comportamento dasaplicacoes sao necessarias de acordo com mu-dancas que ocorrem a sua volta. A computacaosensıvel ao contexto e responsavel por trabalharcomo e quando efetuar as adaptacoes necessariasao ambiente.

Definicoes

Em computacao, a primeira nocao de contexto foidada por Schilit [4], o qual propos a divisao dasinformacoes de contexto em tres categorias:

• Contexto computacional: que diz respeitoa recursos computacionais utilizados pelousuario em determinada atividade.

• Contexto do usuario: informacoes comoperfil do usuario, localizacao, pessoas ao re-dor e ate mesmo a situacao social (sozinho,em grupo, etc.).

• Contexto fısico: sao informacoes do am-biente fısico como luz, ruıdo, condicoes dotransito, temperatura, etc.

Na sequencia, demais pesquisadores propuse-ram a adicao de mais uma categoria: o contextotemporal que diz respeito as informacoes tempo-rais hora, dia da semana, mes, etc. [5]

A figura 1 ilustra a classificacao de informacoesde contextos com base na origem a partir defatores humanos e do ambiente [6].

Figura 1. Classificacao de contextos. Extraıdo de [7]

Dey [8] nos traz uma das definicoes de contextomais aceitas no ambito da area computacionalque diz que “contexto e qualquer informacao quepode ser usada para caracterizar a situacao deuma entidade. Uma entidade e uma pessoa, umlugar ou um objeto que e considerado relevantepara a interacao entre o usuario e uma aplicacao,incluindo o proprio usuario e a propria aplicacao”.

Outros pesquisadores nos apresentam mais de-finicoes para contexto, conforme segue: Lieber-man [9] definiu como “tudo aquilo que afeta acomputacao, exceto as entradas e saıdas expli-citas”; para Kotz [5], contexto e o conjunto deestados do ambiente e configuracoes que deter-minam tanto o comportamento ou eventos de umaplicativo e sao de interesse do usuario; Gray [10],conceituaram contexto como “propriedades quecaracterizam um fenomeno, sao sentidas (sensed)e potencialmente relevantes para as tarefas execu-tadas por uma aplicacao e/ou os meios pelos quaisessas tarefas sao desempenhadas”; para Yamin


[11], “contexto e toda informacao relevante paraa aplicacao que pode ser obtida da infraestruturacomputacional, cuja alteracao em seu estado dis-para um processo de adaptacao na aplicacao”; emtrabalho mais atual, Gray [12] remete a ideia queas informacoes de contexto referem-se a informa-coes que caracterizam o ambiente fısico onde seesta inserido.

As informacoes sobre contexto podem ser des-critas em cinco dimensoes:

• Quem: pelo fato dos humanos viverem emsociedade e serem influenciados pelo aspectosocial as informacoes a respeito de todas aspessoas envolvidas em uma dada atividadedevem ser obtidas;

• O que: percepcao daquilo que o usuario estafazendo. Em sistemas onde atividades vari-adas podem ser desenvolvidas, identificar oque um usuario esta fazendo em determinadomomento pode ser uma tarefa complexa

• Onde: as informacoes da localizacao ondeuma tarefa esta sendo desenvolvidas sao im-portantes. Geralmente ela e associada comoutras dimensoes como a temporal (quando)e a identificacao (quem) no sentido de proverfuncionalidades as aplicacoes. Em ambientesmoveis a localizacao, as pessoas e os objetosque estao em volta do usuario sao dinamicos,possibilitando numerosas situacoes diferen-tes.

• Quando: o aspecto temporal do contextotem sido utilizado para indexar um regis-tro capturado ou para informar por quantotempo um usuario esteve em um determinadolocal

• Por que: entender o por que da acao que ousuario esta fazendo e mais complexo do queentender o que ele esta fazendo. Esse aspectoe um dos principais desafios da computacaoconsciente de contexto pois acaba impac-tando em aspectos de predicao de contexto.

Observa-se que toda a definicao de contextoengloba todas as informacoes instantaneas dascaracterısticas de entidades que compoe um am-biente.

Modelagem de contexto

De acordo com Bettini [13], uma boa modelagemdas informacoes de contexto pode reduzir a com-

plexidade, melhorando sua manutencao e escala-bilidade. Tambem sao definidos criterios que osmodelos de contexto devem obedecer:

• Heterogeneidade e mobilidade: os mode-los precisam ser capazes de manipular umagrande quantidade de informacoes obtidas dedispositivos que diferem entre si na taxa deatualizacao e na semantica dos dados. Comoas informacoes de contexto podem ser obti-das de fontes estaticas, dinamicas, ou aindaserem geradas a partir de outras informacoesde contexto, o modelo deve ser capaz deexpressar diferentes tipos de informacoes eproporcionar que seja efetuado o gerencia-mento destas de acordo com a necessidadedas aplicacoes.

• Relacionamentos e dependencias: e im-portante que o modelo consiga lidar com osvarios relacionamentos entre as informacoesde contexto que sao importantes para o com-portamento das aplicacoes.

• Temporariedade: os modelos devem sercapazes de representar o historico dos acon-tecimentos de contextos os quais serao ge-renciados pelo sistema de gerenciamento decontexto.

• Imperfeicao: um bom modelo deve possuirsuporte a verificacao da consistencia e qua-lidade da informacao buscando uma corretainferencia sobre os dados.

• Raciocınio: e importante que modelos pos-suam verificacao de consistencia dos dados etecnicas de raciocınio que podem, inclusive,ser utilizadas para derivar novas informacoesde contexto a partir de dados armazenadosou situacoes que representem o mundo realcom alto grau de abstracao.

• Usabilidade e formalismo: os modelos de-vem possibilitar que os projetistas represen-tem de forma facil e formal os fatos do mundoreal em informacoes de contexto que podemser usadas pelas aplicacoes.

• Provisionamento eficiente de contexto:o modelo deve disponibilizar formas que agi-lizem o acesso aos objetos relevantes. Issogeralmente e obtido atraves do uso de ındicesos quais sao referenciados como contextosprimarios, enquanto informacoes acessadasa partir destes sao chamadas de contextos


secundarios.

Outros autores [14] [6] [15] apresentaram pro-postas de classificacoes para os modelos de con-texto baseados nas tecnicas utilizadas, destacandoo uso de tuplas ”chave/valor”, representando oatributo e o valor correspondente. Tal tecnica eutilizada por linguagens de marcacao como XMLe pelo padrao W3C para definicao de dispositivosmoveis. Crıticas a esse modelo se referem a: (i)tipos de contexto que podem ser capturados, (ii)captura de relacoes, dependencias, temporarie-dade e qualidade das informacoes do contexto,(iii) verificacao da qualidade do contexto, e (iv)suporte a inferencia e incertezas de contexto etambem a abstracoes de alto nıvel.

Contextos tambem podem ser representadospor modelagens com foco em informacoes especı-ficas do domınio de um problema. Como exemplo,o modelo W4 representa as informacoes contextu-ais atraves de tuplas Who, What, Where, When[16]. Este modelo foi criado para ser simplescom capacidade para gerenciar as informacoes decontexto vindas de diversas fontes e relacionadasaos mais variados tipos de situacoes que podemser desde propriedades fısicas ou geograficas atefatos sociais que acontecam no mundo.

Consciencia de situacao

Entende-se por consciencia de situacao a per-cepcao de elementos ambientais com relacao aotempo ou espaco, a compreensao do seu sig-nificado e a projecao do seu estado depois damudanca de alguma variavel, como, por exemplo,um evento pre-determinado.

A nocao de situacao e usada como um con-ceito de alto-nıvel para representacao de estado[7]. Aplicacoes que se utilizam de tecnicas desensibilidade a situacao sao chamadas de apli-cacoes conscientes da situacao. Nelas, interpre-tacoes semanticas externas de contexto de baixonıvel permitem uma especificacao de alto-nıvel docomportamento humano e da sua interacao comosistema.

Uma vantagem das aplicacoes sensıveis a situa-cao esta ligada a facilidade de proporcionar umarepresentacao compreensıvel pelos humanos dosdados gerados para as aplicacoes.

A figura 2 ilustra a relacao de contexto ao nıvelde abstracao, demonstrando que as informacoes

de contexto de baixo nıvel sao semanticamenteinterpretadas por camadas de contexto de maisalto-nıvel

Figura 2. Nıveis de abstracao. Extraıda de [7]

As situacoes de contexto pode apresentar asseguintes situacoes:

• Generalizacao: uma situacao pode ser con-siderada como mais generalista que outra se asua ocorrencia tem implicacao em outra maisespecifica.

• Composicao: uma situacao pode ser decom-posta em um conjunto de pequenas situacoes.

• Dependencia: uma situacao depende de ou-tra situacao se a ocorrencia da primeira edeterminada pela ocorrencia da segunda.

• Contradicao: duas situacoes podem ser con-sideradas como mutuamente exclusivas umada outra se elas nao podem ocorrer ao mesmotempo, no mesmo lugar e com o mesmoobjeto.

• Sequencia temporal: uma situacao podeocorrer antes ou apos outra situacao, ouainda no intervalo de outra situacao.

Para o desenvolvimento de arquiteturas de soft-ware com suporte a execucao de aplicacoes sensı-veis a situacao, algumas caracterısticas devem seratendidas:

I) Suporte para especificar os requerimentosda sensibilidade a situacao para as aplica-coes/agentes moveis, incluindo contexto esituacoes de interesse, e comportamento dasaplicacoes/agentes em diferentes situacoes.

II) Suporte para descoberta de contexto doambiente baseando-se nas necessidades dasdiferentes aplicacoes/agentes existentes, ad-quirir contextos de varias fontes e entregaros dados dos contextos adquiridos para asaplicacoes moveis.

III) Suporte para analise dos dados de con-texto adquiridos para determinar a situacao,a entrega dos resultados obtidos da analise


da situacao para as aplicacoes moveis em umintervalo de tempo aceitavel para disparar asacoes ou adaptacoes necessarias.

IV) Suporte para compartilhamento de in-formacoes de contexto e de situacoes entreas aplicacoes moveis.

V) Suporte para reconfiguracao das aplica-coes moveis em tempo de execucao devido arequisitos da consciencia da situacao.

VI) Suporte para incorporacao de variosmecanismos de reconhecimento/aprendizadodas analises de situacoes.

VII) Interoperabilidade sintatica e semanticaentre as diferentes aplicacoes distribuıdas.

Aplicacoes ubıquas requerem varios contextospara se comunicar e prestar seus servicos aosusuarios. Entretanto, as tecnicas de conscienciade contexto nao sao suficientemente adequadaspara trabalharem com multiplos contextos e asinteracoes dos usuarios.

A consciencia de situacao tem por objetivosuprir tais dificuldades com uma modelagem demais alto nıvel, com topicos de pesquisa envol-vendo as seguintes questoes:

• Representacao: definir as primitivas queserao utilizadas para construir a especificacaologica da situacao.

• Especificacao: formar uma especificacao lo-gica da situacao a qual pode ser adquiridapor especialistas ou aprendida por dados detreinamento.

• Raciocınio: inferir situacoes de uma grandequantidade de dados imperfeitos de sensorese como manter a consistencia e integridadede conhecimento das situacoes.

Sendo assim, a consciencia de situacao e umaforma promissora de resolucao de limitacoes comrelacao a simplicidade dos modelos de represen-tacao de contexto, auxiliando no desenvolvimentode aplicacao mais robustas e que possam, real-mente, atender as necessidades do usuarios.

3 Smart Homes

De acordo com Chin [17] “as casas do futuro seraoambientes ricos em uso da tecnologia. Serao utili-zadas dezenas ou centenas de servicos pervasivosbaseados em redes, alguns sendo executados noproprio ambiente e outros a partir de provedores

de servicos externos de forma que todos os dis-positivos do ambiente sejam capazes de usar taisservicos”. Estas aplicacoes serao centralizadas eutilizarao um middleware para realizar a desco-berta dos recursos acessıveis aos usuarios dentrodo ambiente.

Definicoes

Embora parecam sinonimos, os termos Inteligen-cia Ambiental e Ambientes Inteligentes sao con-ceitos diferentes.

Trata-se Inteligencia Ambiental como um novoparadigma computacional no qual pessoas estaoimersas em um ambiente que e capaz de reco-nhecer a sua presenca e o seu contexto e entaoadaptar-se de forma a responder as suas necessi-dades, habitos, gestoes e emocoes [18]. Por outrolado, Ambientes Inteligente tem foco nos dispo-sitivos. Eles precisam ser capazes de perceber asinteracoes e os fatos do ambiente, respondendo aoque esta acontecendo atraves de adaptacoes doscomponentes (remetendo a ideia de computacaosensıvel ao contexto).

Observa-se na figura 3 as interacoes que aInteligencia Ambiental pode ter com outras areasda computacao.

Figura 3. Interacao da Inteligencia Ambiental comoutras areas. Extraıdo de [7]

A partir do estudo da definicao dos conceitosde Ambiente Inteligente e Inteligencia Ambien-


tal, fica claro que o primeiro faz referencia aquestoes fısicas e de aplicacao da InteligenciaAmbiental nas interacoes entre os dispositivos.Por isso, quando se fala em Inteligencia Ambientalinerentemente se fala em Ambientes Inteligentese vice-versa. Dificilmente um existe isoladamentesem o outro.

Arquiteturas de Inteligencia Ambiental

Varias arquiteturas buscam aplicar a InteligenciaAmbiental a diversas areas como, por exemplo,em seguranca de ambientes crıticos, ambienteseducacionais, salas de conferencia, ambientes re-sidenciais e algumas que fazem uso de ontologias.

Porem, nao existe uma definicao clara de comodeve ser uma arquitetura de Inteligencia Ambien-tal, com cada uma focando em algum problemaespecıfico, sem existir um consenso do que real-mente e necessario que tenham em comum.

A proposta que parece ser a mais adequada nose apresentada na figura 4 onde sao demonstradosos componentes basicos que devem existir com aintencao de resolver qualquer problema.

Figura 4. Arquitetura generica da Inteligencia Am-biental. Extraıdo de [7]

A proposta apresentada e composta pelas se-guintes camadas:

• Ambiente (Environment): e a camadamais baixa. Ela representa o mundo fısico etodas as interacoes que ali acontecem;

• Sensores (Sensors): representa todos ossensores que sao utilizados na coleta de dadosa partir do ambiente;

• Middleware : e a camada intermediaria daarquitetura responsavel por disponibilizar ascondicoes necessarias para a execucao deaplicacoes no ambiente;

• Raciocınio (AI Reasoning): e responsavelpor toda a parte de inteligencia que existe naarquitetura. Ela se comunica com as demaiscamadas e e considerada fundamental;

• Tomada de decisoes (Decision Ma-kers): e a camada que contem os meca-nismos necessarios para auxiliar na tomadade decisao. Tais mecanismos vao fornecer aspossıveis decisoes que podem ser tomadaspelo sistema;

• Repositorio de conhecimento (Kno-wledge Repository): representa um repo-sitorio que contem todo o conjunto de conhe-cimento previamente aprendido;

• Descoberta e aprendizado (Discoveryand Learning): proporciona a descobertade conhecimentos necessarios para o raciocı-nio sobre o ambiente e tambem e responsavelpelo aprendizado de novos conhecimentos re-sultantes de uma tomada de decisao;

Princıpios fundamentais da Inteligencia Ambi-ental

Nesta secao serao apresentadas alguns princıpiosque devem nortear o desenvolvimento de sistemaspara que a Inteligencia Ambiental posa estar maisproxima da realidade.

• Efetuar sensoriamento: devido a Ambien-tes Inteligentes precisarem capturar informa-coes do ambiente, o uso de sensores e vital.Sensores sao o elo de ligacao entre o podercomputacional e aplicacoes fısicas;

• Raciocınio: sensores sao o elo de ligacaoentre os algoritmos inteligentes e o mundoreal no qual eles atuam. Uma grande quanti-dade de atividades de raciocınio devem serefetuadas, incluindo a modelagem, o reco-nhecimento e predicao de atividades, tomadade decisoes e tambem o raciocınio espaco-temporal;

• Predicao de atividades e reconheci-mento: algoritmos de raciocınio devem ser


capazes de reconhecer e predizer atividadesque ocorrem no ambiente;

• Tomada de decisoes: sistemas de Inteligen-cia Ambiental devem ser desenvolvidos naoapenas para lembrar o usuario do desenvol-vimento de determinada tarefa, mas tambemde completar a tarefa para o usuario caso sejapossıvel;

• Raciocınio espacial e temporal: muitopouco pode ser feito pelos sistemas de In-teligencia Ambiental se nao existir referen-cias implıcitas ou explicitas de quando umevento ocorreu. As percepcoes do ambienteem conjunto com outras, irao proporcionarimportantes pistas a respeito das atividadesque foram desenvolvidas pelos usuarios e quala resposta mais adequada que deve ser dada;

• Atuacao: sistemas de Inteligencia Ambien-tal sao aplicados no mundo real pois saocapazes de perceber o mundo e entao agir deacordo com as decisoes tomadas. Devem serutilizadas tecnologias que sejam capazes deatuar no ambiente e tambem de interagiremadequadamente com os usuarios;

• Interfaces amigaveis: uma das principaiscaracterısticas que vai proporcionar que sis-temas de Inteligencia Ambiental sejam am-plamente aceitos e utilizados pela sociedadee a facilidade de uso e convivencia com estes.Existe o apelo pelo uso de front-ends amiga-veis, preferencialmente utilizando interfacesnaturais (como gestos ou comandos de voz),para as interacoes que ainda sejam necessa-rias com os usuarios;

• Dispositivos e sistemas seguros: um be-nefıcio de sistemas com Inteligencia Ambi-ental e a custonomizacao do ambiente pelosproprios usuarios de acordo com suas neces-sidades. Isso faz com que o ambiente tenhamaiores condicoes de executar as tarefas queforem definidas. Devem ser tomadas precau-coes quanto aos dispositivos existentes noambiente, especialmente no que se refere aconfiabilidade e disponibilidade dos dados desensores, atuadores e demais dispositivos queinterajam com os usuarios. Tudo isso deveser previsto pelos projetistas, atraves do usode mecanismos de seguranca e tolerancia afalhas.

Requisitos tecnologicos

Para que os princıpios fundamentais citados ante-riormente possam ser empregados em InteligenciaAmbiental, foram listados os seguintes requisitostecnologicos:

• Hardwave nao intrusivo: os componentesde hardware utilizados devem ser pouco in-trusivos. Sensores, atuadores e dispositivosdevem ser preferencialmente embarcados ouentao com interfaces que os tornem mais invi-sıveis possıveis na integracao com o ambientedos usuarios;

• Infraestrutura de comunicacao movele fixa transparente: a interoperabilidadede comunicacao das redes heterogeneas deveacontecer de forma transparente. O nucleodas redes, responsaveis por alto trafego dedados, deve usar fibra optica, tecnologiasque convirjam e permitam a reconfiguracaodinamica;

• Redes dinamicas massivamente distri-buıdas: em ambientes inteligentes sao utili-zadas grandes diversidades de redes de dis-positivos. Dessa forma, as redes precisam sercapazes de serem configuradas ad hoc, deacordo com a tarefa que esta sendo desenvol-vida a qual pode demandar um curto perıodode tempo e envolver diferentes atores e dispo-sitivos. Os bancos de dados, centralizados oudistribuıdos, devem ser acessıveis de qualquerlocal do sistema e o gerenciamento sobre adisponibilizacao e o armazenamento de dadosdeve ser efetuado de forma inteligente;

• Interfaces semelhantes ao comporta-mento humano: um desafio constante ea criacao de sistemas que tenham formasintuitivas de uso. Tecnicas de InteligenciaArtificial podem ser empregadas de formaa auxiliar os sistemas a interagirem com osusuarios. As interacoes entre os usuarios eos sistemas podem se beneficiar pelo uso dereconhecimento de padroes como gestos ouvoz;

• Dependabilidade e seguranca: os ambien-tes devem ser seguros e tolerantes a falhas. Eimportante que o sistema seja capaz de lidarcom situacoes de uso de forma incorreta porparte dos usuarios;


4 LabVIEWO LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument En-gineering Workbench) e um software criado pelaNational Instruments (NI) totalmente integradoaos sistemas operacionais Windows, Linux, MacOS X e Solaris, de facil utilizacao e com carac-terısticas que facilitam conexao a uma grandevariedade de hardwares e de outros softwares. Eum ambiente de desenvolvimento com um con-junto abrangente de ferramentas que lhe permitedesenvolver aplicacoes de medicao ou controle emmenor tempo, criar inovacoes, fazer descobertas eobter resultados com maior rapidez [19].

Instrumentacao Virtual

Uma das motivacoes para criacao e uso do Lab-VIEW sao os Instrumentos Virtuais. Instrumen-tos tradicionais de medicao, como osciloscopios egeradores de forma de onda sao muito poderosos,caros e projetados para desempenhar uma oumais tarefas definidas pelo fornecedor. No en-tanto, o usuario geralmente nao pode expandi-los ou personaliza-los, as funcoes disponıveis parao usuario sao inerentes ao instrumento. A pla-taforma LabVIEW trabalha com o conceito deinstrumentacao virtual que consiste de um com-putador ou estacao de trabalho (Workstation)equipado com um poderoso software aplicativo,hardware com custo otimizado, como placas plug-in e drivers, que juntos desempenham as funcoesdos instrumentos tradicionais. Instrumentos vir-tuais representam uma revolucao nos sistemas deinstrumentacao tradicionais focados em hardwarepara sistemas centrados em software que explo-ram o poder computacional, a produtividade, avisualizacao grafica e as funcionalidades de co-nectividade dos populares computadores de mesa(PC desktops) e estacoes de trabalho.

O emprego do LabVIEW na criacao de Ins-trumentos Virtuais e apenas parte do seu es-copo de uso. Atualmente o LabVIEW vem sendoempregado como um poderoso processador deregras contextuais em sistemas que precisam deconsciencia de situacao para controle e tomadade decisoes.

Linguagem de Programacao G

O LabVIEW se utiliza de uma linguagem deprogramacao grafica desenvolvida para aplicacoes

que sao interativas, executadas em paralelo, mul-ticore e que usa ıcones (blocos de funcoes) nolugar de linhas de texto para criar aplicacoes.Estes blocos sao interligados de forma a orientar ofluxo de dados . Em contraste com as linguagensbaseadas em texto, onde as instrucoes determi-nam a execucao do programa, o LabVIEW usauma programacao tipo fluxo de dados, onde estefluxo determina a execucao.

Os programas em LabVIEW sao chamados deinstrumentos virtuais ou, simplesmente, IVs eestes nao sao processados por um interpretador,mas sim compilados, tornando a sua performancecomparavel a exibida pelas linguagens de progra-macao de alto nıvel. Nos instrumentos virtuaisha duas janelas para programacao ilustradas nasfiguras 5 e 6 e descritas abaixo:

• Painel Frontal: faz a interface com o usua-rio. Pode-se personalizar o painel com bo-toes, mostradores e graficos, a fim de simularinstrumentos tradicionais, criar paineis comensaios personalizados e representar visual-mente o controle de operacoes e processos(vide Figura 5).

• Diagrama de Blocos: contem o codigo gra-fico fonte que define as funcionalidades dosinstrumentos virtuais. E possıvel determinaro comportamento dos instrumentos virtuaisconectando ıcones entre si para criar diagra-mas de blocos, que sao notacoes de desenhousuais na engenharia (vide Figura 6).

Figura 5. Painel Frontal

Devido a forma de programacao a criacao deprocessos paralelos no LabVIEW e facilitada em


Figura 6. Diagrama de Blocos

consequencia dos blocos nao possuırem interde-pendencia de dados.

Os dados gerados na saıda dos blocos de fun-cao podem alimentar um outro bloco de funcao(gerando um novo processo) ou ainda serem ar-mazenados em disco rıgido, disponibilizados pelarede de dados ou enviados para impressao, ja osblocos que nao possuem interligacao podem rece-ber dados de equipamentos perifericos ou tambemgerarem os seus proprios dados (um exemplo e umgerador de numeros aleatorios).

Muitos blocos de funcao no LabVIEW saopolimorfos, ou seja, a sua funcionalidade adapta-se aos tipos de dado que recebem. Por exemplo, afuncao Build-Array pode ser usada para a criacaode quaisquer variaveis, ou seja, de strings, deinteiros e tambem de arrays e de clusters.

Os dados podem ser ligados ao Painel frontal(interface com o usuario ) atraves de manipulado-res. Por exemplo, a insercao de numeros pode serdependente de um manıpulo (caixa de entrada,seletor via mouse) e o estado de uma variavel desaıda booleana pode ser mostrado por um LEDcolocado no painel.

A plataforma LabVIEW possui aplicacoes eprojetos em diversas areas, dentre elas destacam-se: aquisicao de dados e processamento de sinais,controle de instrumentos, sistemas embarcadosde monitoramento e controle, automatizacao desistemas de teste de validacao, ensino acade-mico, servidor de consciencia de situacao aplicadoem smart homes, dentre outras. Particularmente,este artigo explora o emprego do LabVIEW en-

quanto tecnologia para consciencia de situacao emambientes com multiplos sensores, heterogeneosquanto a natureza e perfil operacional.

5 Trabalhos relacionadosDiversas pesquisas tem sido feitas com o objetivode desenvolver sistemas inteligentes em smarthomes que se integram de forma transparente navida cotidiana com o intuito de facilitar e me-lhorar o acesso a recursos pelos usuarios de umaforma simples e flexıvel, utilizando a plataformaLabVIEW. Foram selecionados quatro artigos queabordam o tema e serao descritos nesta secao.

5.1 Real Time System Development forHome Automation using LabVIEW

Discute a automacao de casas como uma aplica-cao da computacao ubıqua em que o ambiente dacasa e monitorado por inteligencia ambiental paraprestar servicos sensıveis ao contexto e facilitaro seu controle remoto, tendo como abordagem odesenvolvimento do sistema em tempo real, utili-zando ferramenta de aquisicao de dados e softwaregrafico avancado pertencentes a plataforma dedesenvolvimento LabVIEW. Apresenta o conceitode automacao residencial inteligente, em um es-forco para reduzir o desperdıcio e consumo deenergia [20].

O diagrama em blocos do sistema de monito-ramento em tempo real e mostrado na figura 7.O sitema e constituıdo por um microcontroladorAVR Atmega16 usado para adquirir dados dediferentes tipos de sensores, modem GSM paraobter informacoes em tempo real independentesde localizacao, atraves de aplicativos em dispo-sitivos moveis como smartphones e para comu-nicacao sem fio, alem de quatro modulos (Mo-dulo Principal, Sistema de Iluminacao, Sistema deAlarme para Incendio e Sistema para Deteccao deIntruso).

O monitoramento dos parametros do sistemae realizado atraves de um display LCD 16X2 epela interface de usuario grafica LabVIEW GUI(Graphical User Interface). Parametros contextu-ais como luminosidade, temperatura, umidade eoutros sao coletados atraves dos sensores e entre-gues ao microcontrolador que realiza o interface-amento atraves de comunicacao serial, utilizandoprotocolo RS232, com o software LabVIEW para


fins de processamento, analise, armazenamento ououtra manipulacao de dados.

Figura 7. Diagrama de blocos mostrando diferentesparametros para o monitoramento em tempo real.Extraıda de [20]

5.2 Smart Home Control using LabVIEW

Possui como objetivo mapear os processos deforma a otimizar as tecnologias empregadas emuma smart home, permitindo que o maior numerode usuarios possa ter acesso a tecnologia maisrelevante para as suas necessidades com maioreconomia de energia e seguranca utilizando paratal os recursos do software LabVIEW [21].

O controle de uma Smart Home utilizandoLabVIEW e mostrado na figura 8. O diagramade blocos da Smart Home mostra uma SmartHouse que consiste principalmente de equipamen-tos eletronicos e eletricos, alem de sensores eindicadores. Todos os subsistemas estao ligadosao software LabVIEW como a principal unidadede controle do sistema.

O LabVIEW possui varias entradas com sen-sores conectados e fornece uma saıda logica parao sistema de energia de toda a casa de acordocom o processamento definido pelo programa evariaveis de entrada (parametros contextuais).Realiza o controle da iluminacao interna, ilumi-nacao externa, temperatura e alarmes de incendioe roubo. Cada um desses componentes executauma unica funcao e nao ha sincronizacao comoutros componentes. O sistema de controle possuicaracterısticas adicionais para protecao, que inter-rompe imediatamente a fonte de energia quandoha ocorrencia de alguma falha.

O monitor e usado para fazer alguma operacaono sistema de conexao com o software LabVIEW.Ele e usado para exibir e alterar a carga em todosos comodos da casa usando o receptor de cadaunidade. O sistema tambem pode ser controladomanualmente devido o LabVIEW nao ser uminstrumento real e sim um instrumento virtual.

Figura 8. Diagrama de Blocos da Smart Home.Extraıda de [21]

5.3 Design & Implementation of SmartHouse Control Using LabVIEW

Aborda a monitoracao e controle de ambientesem uma casa como alguns dos recursos presentesem uma Smart House. Implementa um sistemade controle multiplataforma para automacao ba-seado em hardware e software LabVIEW, alemde um sistema individual de controle remoto.Pode atuar como um item de seguranca da casa,pois possui sensor infravermelho e conexao coma internet para monitoracao e controle remotoindependente de localizacao [22].

A Smart House proposta para este artigo eformada por um sistema principal composto porcinco partes, sistemas de seguranca, que incluemo sistema de alarme de incendio e de sinalizacaoda ocorrencia de assalto, sistema de iluminacaoque inclue a iluminacao interna e externa da casa,sistema de controle remoto da casa, sistema decontrole de temperatura para condicionadores dear e sistema de comutacao de energia principalda casa. Estas cinco partes sao conectadas aosoftware LabVIEW que controla todo o sistema.Possui duas interfaces, interface de computador einterface de unidade de controle remoto.


O software LabVIEW e a interface de com-putador que recebe dados dos sensores da casa,informacoes de processo e dados de atualizacoespara os sistemas de diferenca e transmite o sinalde controle para os sistemas da casa. Alem disso, oLabVIEW possui a capacidade de monitorar ope-racoes importantes no sistema para os usuarios,com o intuito de informar as mudancas ocorridasneste. Os usuarios tambem podem controlar osistema e escolher melhores parametros que seadaptem as suas exigencias.

A interface de controle remoto esta disponıvelpara controlar algumas aplicacoes na casa, e estatambem interligado ao software LabVIEW paraoutras aplicacoes. A Figura 9 mostra o diagramade blocos da Smart House projetada para estetrabalho.

Figura 9. Diagrama de Blocos Smart House. Ex-traıda de [22]

5.4 Implementation of Smart Home Controlusing LabVIEW and PDA

Implementa um programa de controle em PDAutilizando Wireless LAN como protocolo sem fio,realiza a modelagem de uma smart home e propoefuncoes uteis no controle das casas [23].

O artigo trata que os programas (instrumentosvirtuais) construıdos utilizando LabVIEW saomais faceis de serem controlados e compartilhadosatraves da Internet por possuirem componentesprontos como VI server, data Socket server andvisual basic and active X, Java and Java Scriptque podem ser usados para projetar e desen-volver instrumentos virtuais habilitados para se

comunicarem pela internet em qualquer navega-dor web. Este recurso expande enormemente aaplicacao, porque um operador pode executar umaplicativo de qualquer lugar. Alem disso, possuia capacidade de varios utilizadores em diferenteslocais acessarem o programa simultaneamente. OModulo NI LabVIEW PDA possibilita o desenvol-vimento de aplicacoes para dispositivos portateisPDA. Com este modulo, pode-se desenvolver pro-gramas no LabVIEW e facilmente fazer downloadde aplicativos especıficos para PDA.

Apresenta como vantagens em utilizar o soft-ware LabVIEW: o fato do desenvolvimento deprogramas ser de uma forma facil e rapida porutilizar a linguagem de programacao grafica quee de facil aprendizagem e compreensao; e naonecessitar de ajustes de configuracao e interfacedevido a incorporacao de outros dispositivos. Noentanto LabVIEW tem menos usuarios do que emlinguagem C, nao e um software livre, alem depossuir um custo elevado para aquisicao de suaslicencas.

6 Consideracoes Finais

O trabalho de pesquisa relatado neste artigo, tevecomo principal contribuicao a sistematizacao deconceitos relevantes para o desenvolvimento deaplicacoes sensıveis ao contexto em Smart Homes,alem de realizar analise sobre sistemas inteligentesque utilizam a plataforma LabVIEW para proces-samento de contexto.

O estudo dos trabalhos relacionados caracte-rizou que o software LabVIEW pode ser utili-zado como processador de regras contextuais emambientes inteligentes, conscientes de situacao,porem apesar do potencial de aplicacao na areade sensibilidade de situacao, seu carater comercialfaz com que nao estejam disponıveis informacoessobre a concepcao do mesmo, e sim sobre seuuso. Nesta perspectiva, o LabVIEW e tratadocomo uma ferramenta para desenvolver softwares(instrumentos virtuais) utilizados na automacaode Smart Homes, de facil programacao, manipu-lacao e integracao com outros sistemas, tendo adesvantagem de nao ser um software livre.

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Maicon Anca dos Santos Possui especiali-zacao em Administracao de Banco de Dadose graduacao em Tecnologia em Analise eDesenvolvimento de Sistemas pela Facul-dade de Tecnologia SENAC/Passo Fundo(2008). Atualmente e Analista de Tecnologiada Informacao da Diretoria de Tecnologiada Informacao e Comunicacao, no InstitutoFederal de Educacao, Ciencia e Tecnologia

Sul-rio-grandense, Reitoria. Tem experiencia na area de Ciencia daComputacao, com enfase em Redes de Computadores e MaquinasAgregadas.

Patrıcia Teixeira Davet Possui graduacaoem Engenharia Eletronica pela UniversidadeCatolica de Pelotas (2012). Atualmente tra-balha na empresa Enterprise Telecomunica-coes LTDA atuando nos segmentos de cen-trais telefonicas, tecnologia Voip e softwa-res de tarifacao . Tem interesse na areade Engenharia Eletronica, com enfase emComputacao Autonomica e Instrumentacao

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revista lups, vol. 2, no. 1, dezembro 2013 1...

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