The use of Sensor Networks to create smart environments

Abstract

Internet of Things is taking the world in order to be the next big thing since the Internet, with almost every object being connected to gather data and allow control through mobile and web devices. But this revolution has some barriers with the lack of standardization in communications or sensors. In this dissertation we present a proposal of a system dedicated to creating smart environments using sensor networks, with a practical application developed to achieve automation, efficiency and versatility, allowing real-time monitoring and remote control of any object or environment improving user experience, tasks efficiency and leading to costs reduction. The developed system, that includes software and hardware, is based on adaptive and Artificial Intelligence algorithms and low cost IoT devices, taking advantage of the best communication protocols, allowing the developed system to be suited and easily adapted to any specification by any person. We evaluate the best communication and devices for the desired implementa tion and demonstrate how to create all the network nodes, including the build of a custom IoT Gateway and Sensor Node. We also demonstrate the efficiency of the developed system in real case scenarios. The main contributions of our study are the design and implementation of a novel architecture for adaptive IoT projects focus on environment efficiency, with practical demonstration, as well as comparison study for the best suited communication protocols for low cost IoT devices.

A Internet of Things está a atingir o mundo de modo a tornar-se a próxima grande revolução depois da Internet, com quase todos os objectos a estarem ligados para recolher dados e permitir o controlo através de dispositivos móveis. Mas esta revolução depara-se com vários desafios devido à falta de standards no que toca a comunicações ou sensores. Nesta dissertação apresentamos uma proposta para um sistema dedicado a criar ambientes inteligentes usando redes de sensores, com uma aplicação prática desenvolvida para oferecer automação, eficiência e versatilidade, permitindo uma monitorização e controlo remoto seguro em tempo real de qualquer objecto ou ambiente, melhorando assim a experiência do utilizador e a eficiência das tarefas evando a redução de custos. O sistema desenvolvido, que inclui software e hard ware, usa algoritmos adaptáveis com Inteligência Artificial e dispositivos IoT de baixo custo, utilizando os melhores protocolos de comunicação, permitindo que o mesmo seja apropriado e facilmente adaptado para qualquer especificação por qualquer pessoa. Avaliamos os melhores métodos de comunicação e dispositivos necessários para a implementação e demonstramos como criar todos os nós da rede, incluindo a construção de IoT Gateway e Sensor Node personalizados. Demonstramos também a eficácia do sistema desenvolvido através da aplicação do mesmo em casos reais. As principais contribuições do nosso estudo passam pelo desenho e implemen tação de uma nova arquitectura para projectos adaptáveis de IoT com foco na eficiência do objecto, incluindo a demonstração pratica, tal como um estudo com parativo sobre os melhores protocolos de comunicação para dispositivos IoT de baixo custo.