BR112013016927A2

BR112013016927A2 - sistema, unidade de processamento, método e produto de programa de computador para sensores de monitoramento

Info

Publication number: BR112013016927A2
Application number: BR112013016927-3A
Authority: BR
Inventors: Matthijs Raymond Vonder; Erik Alle Fokko Langius; Bram Dirk Van Der Waaij
Original assignee: Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2020-10-27
Also published as: US9672731B2; WO2012091567A1; EP2659468B1; US20130328694A1; CN103403775A; CN103403775B; EP2659468A1

Abstract

  SISTEMA, UNIDADE DE PROCESSAMENTO, MÉTODO E PRODUTO DE PROGRAMA DE COMPUTADOR PARA SENSORES DE MONITORAMENTO. A presente invenção se refere a um sistema de monitoramento por sensor que compreende pelo menos um sensor (101, 102, 103) e uma unidade de processamento (150), sendo que o sensor é disposto de modo a transmitir, durante uma pluralidade de períodos de tempo sucessivos, itens de dados para a unidade de processamento, e a unidade de processamento é disposta de modo a receber os itens de dados a partir do dito pelo menos um sensor, a unidade de processamento sendo ainda disposta de modo a: determinar, para pelo menos alguns períodos de tempo a partir da dita pluralidade de períodos de tempo sucessivos, um número de itens de dados correspondentes; comparar, entre o pelo menos alguns períodos de tempo, o número de itens de dados correspondentes; deduzir, para os pelo menos alguns períodos de tempo, um parâmetro associado a uma variação no número de itens de dados nos ditos alguns períodos de tempo. A presente invenção se refere ainda a uma unidade de processamento, e a um método e a um programa de computador para um monitoramento por sensor.

Description

"SISTEMA, UNIDADE DE PROCESSAMENTO, MÉTODO E PRODUTO DE PROGRAMA DE COMPUTADOR PARA SENSORES DE MONITORAMENTO" : CAMPO DA TÉCNICA A presente invenção se refere a um sistema de sensores de monitoramento. Em particular, a presente invenção se refere a um sistema de monitoramento de comunicação de dados a partir de sensores. A presente invenção se refere ainda a um processador que permite um monitora- mento por sensor. A presente invenção se refere ainda a uma unidade de processamento para uso comum sistema de sensores de monitoramento. A presente invenção se refere ainda a um método para um monitoramento por sensor. A presente invenção se refere ainda a um produto de programa de computador pa- ra um monitoramento por sensor.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Convencionalmente, um sistema de sensor que pode ser usado para o monitora- mento de um valor de um parâmetro, tal como uma temperatura, por exemplo, pode com- - preender uma pluralidade de unidades de sensor, cada qual contendo um ou mais sensores, e uma unidade central para a coleta e, eventualmente, o processamento de dados das uni- . dades de sensor. Para este fim, as unidades de sensor são normalmente dispostas de modo atransmitir itens de dados para a unidade central, ou por fio (com o uso de um cabo de co- bre e/ou fibra óptica) ou sem fio (com o uso, por exemplo, de cabos RF, infravermelhos, magnéticos e/ou por transmissão acústica). Os itens de dados podem ser pacotes de dados que contêm valores obtidos por meio dos sensores. Normalmente, estes valores são valores digitais, por exemplo, os valo- resde amostra de um fenômeno físico análogo, tais como uma temperatura. Em tal caso, os itens de dados contêm amostras de dados. Os itens de dados podem também ser constituí- dos por um único valor (digital), tal como um byte único que representa uma leitura de medi- dor. No presente documento, o termo "amostra" pode, portanto, se referir também a um item de dado transmitido por uma unidade de sensor. Tal "amostra" pode, portanto, conter um ou mais valores de amostra. O número de "amostras" transmitidas por unidade de tempo (por exemplo, em um segundo, em uma hora ou em um dia) pode, então, ser referido como uma "taxa de amostragem". Em outras palavras, o termo "taxa de amostragem", tal como usado no presente documento, representa o número de itens de dados transmitidos por unidade de tempo e poderá, portanto, ser também referido como uma taxa de itens de dados. Uma taxa de itens de dados pode ser determinada pelas unidades de sensor de modo que os sensores não sejam consultados. Em vez disso, as unidades de sensor deter-

. um cronômetro ou relógio, o qual fica interno nas unidades de sensor de modo a produzir valores de sensor a uma taxa (mais ou menos) fixa, mas poderá também ser determinada pelos valores medidos pelos sensores: algumas unidades de sensor só poderão transmitir um item de dados quando um sensor detecta uma mudança no valor detectado. Em ambos os casos, a unidade central (ou de processamento) tipicamente não poderá influenciar a taxa na qual a mesma recebe os itens de dados.

Em um sistema de sensor, é importante ser capaz de detectar um comportamento anormal das unidades de sensor. Ou seja, deve ser detectado quando um sensor (ou unida- de de sensor) falha, ou quando um sensor detecta uma condição anormal. Em um sistema de sensor, é desejável que as unidades de sensor sejam monitoradas de modo a detectar automaticamente as condições anormais. Em um sistema de sensor no qual as unidades de sensor produzem dados de maneira autônoma, ou seja, no qual as unidades de sensor não são consultadas, esta detecção será complicada tendo em vista que a unidade de monito- ramento, tipicamente a unidade central (ou de processamento), depende dos itens de dados recebidos. A ausência de itens de dados recebidos durante um período de tempo prolonga- do pode ser indicativa de uma condição anormal. No entanto, vem a ser um problema das - unidades de sensor conhecidas na técnica quando as mesmas não são adequadas para automaticamente decidir se ocorreu uma condição anormal. , SUMÁRIO DA INVENÇÃO É um objeto da presente invenção prover um sistema de monitoramento por sensor no qual as condições anormais de funcionamento de um sensor possam ser detectadas au- tomaticamente. É ainda um objeto da presente invenção prover um sistema de monitora- mento por sensor no qual as condições anormais possam ser detectadas de maneira rápida e eficaz e, ao mesmo tempo, evitar falsas detecções, tanto quanto possível.

Para este fim, o sistema de acordo com a presente invenção compreende pelo me- nos um sensor e uma unidade de processamento, sendo que o sensor é disposto de modo a transmitir, durante uma pluralidade de períodos de tempo sucessivos, itens de dados para a unidade de processamento, e a unidade de processamento é disposta de modo a receber os itens de dados do dito pelo menos um sensor, a unidade de processamento sendo ainda dispostademodoa: - determinar, durante pelo menos alguns períodos de tempo a partir da dita plurali- dade de períodos de tempo sucessivos, um número de itens de dados correspondentes; - comparar, entre pelo menos alguns períodos de tempo, o número de itens de da- dos correspondentes; - deduzir, para pelo menos alguns períodos de tempo, um parâmetro associado a uma variação no número de itens de dados durante os ditos alguns períodos de tempo.

. mero de itens de dados recebidos com o número de itens de dados recebidos em períodos de tempo anteriores, é possível identificar em que períodos de tempo foi recebido um núme- . ro não usual de itens de dados. Esta identificação é simplificada através da determinação de uma medida de alteração. Neste caso, se torna, então, possível monitorar apenas esta me- didade alteração afim de detectar condições anormais. Será apreciado que um número não usual de itens de dados pode ser excepcionalmente elevado (por exemplo, o dobro do nor- mal) ou muito baixo (por exemplo, absolutamente não há itens de dados). No entanto, será apreciado que as ditas etapas de determinação, comparação e dedução são realizadas em cada período de tempo que forma a dita pluralidade de períodos de tempo. Será apreciado queo, pelomenos, um sensor pode ser configurado de modo a transmitir os ditos itens de dados sem fio. No entanto, outras formas de transmissão de dados, tais como uma trans- missão eletrônica ou óptica, são igualmente contempladas. Deve-se notar que os períodos de tempo podem ser sobrepostos.

Em uma modalidade do sistema de monitoramento por sensor de acordo com a presente invenção, o dito parâmetro é usado para o acionamento de um alarme quando o parâmetro excede um limite.

. Verifica-se que o parâmetro associado a uma variação do número de itens de da- dos em respectivos períodos de tempo é uma forma confiável de se monitorar a operação - do sensor.

Um valor do limite para o acionamento de um alarme pode ser predeterminado. No entanto, em uma modalidade alternativa, o valor do limite pode ser determinado dinamica- mente, Sendo assim, o sistema de monitoramento por sensor de acordo com a presente invenção pode ser inteligente, o que é vantajoso nos casos em que a taxa de itens de dados medidos varia substancialmente.

Em ainda uma outra modalidade do sistema de monitoramento por sensor de acor- do com a presente invenção, a unidade de processamento compreende um armazenador temporário para o armazenamento temporário dos itens de dados.

Em ainda uma outra modalidade do sistema de monitoramento por sensor, os perí- odos de tempo nos quais o número de itens de dados recebidos é determinado são, de pre- ferência, escolhidos de tal maneira que, normalmente, mais de um item de dados seja rece- bido, de preferência entre três e dez itens de dados. Ao se escolher o período de tempo de tal modo que mais de um item de dados seja recebido, a sensibilidade aos desvios relativa- mente pequenos nos tempos de chegada dos itens de dados é significativamente diminuída.

A presente invenção se refere ainda a uma unidade de processamento para uso em um sistema de monitoramento por sensor que compreende pelo menos um sensor, sendo que o sensor é disposto de modo a transmitir, durante uma pluralidade de períodos de tem-

: mento disposta de modo a receber os itens de dados do dito pelo menos um sensor é ainda disposta de modo a: - determinar, durante pelo menos alguns períodos de tempo a partir da dita plurali- dade de períodos de tempo sucessivos, um número de itens de dados correspondentes; - comparar, entre pelo menos alguns períodos de tempo, o número de itens de da- dos correspondentes; - deduzir, para pelo menos alguns períodos de tempo, um parâmetro associado a uma variação no número de itens de dados nos ditos alguns períodos de tempo.

Em uma modalidade do sistema de monitoramento por sensor e/ou da unidade de processamento, a unidade de processamento é configurada com base em uma duração de- tectada (Delta) entre as sucessivas transmissões de itens de dados.

Será apreciado que o sistema pode ser inicializado usando um parâmetro configurável (Dinit). Nos exemplos a seguir, o termo 'mutabilidade' representa uma modalidade do parâmetro associado a uma variação no número de itens de dados por períodos de tempo.

Nesta modalidade em particular (variante A), os seguintes parâmetros operacionais para a unidade de processamento podem ser configurados: . Dinit = tempo delta mínimo para o cronômetro disparar na vez seguinte (na fase ini- cial) . Saída mutabilidade = mutabilidade do sinal recebido, * O significa: nenhuma mutabilidade * um número positivo: mais amostras recebidas do que o esperado * um número negativo: menos amostras recebidas do que o esperado Qutros parâmetros Delta = "variável temporária": usada para calcular uma nova hora de despertar T wakeup = a hora na qual o cronômetro disparou e a sequência seguinte de cálcu- lo é iniciada N received = a quantidade de entradas de sinal recebidas quando o cronômetro disparou T last arrival = a última vez que uma amostra chegou T forlast arrival time = a hora antes da última vez que uma amostra chegou O sistema de monitoramento por sensor e/ou a unidade de processamento podem funcionar de acordo com o seguinte "pseudo" código: Configuração D init = 10 // para iniciar no sistema um valor inicial de tempo de sono é configurado Inicialização

: T last arrival = O Tnow=0 . N received = O SetTimer (D init) // ir dormir no tempo = D init Dois processos paralelos (sem fim)

1. Quando uma amostra chega, fazer: T forlast arrival = T last arrival // deslocar T last arrival = novíl) 1/ olhar para o relógio N received = N received + 1 // aumentar o contador

2. Quando o cronômetro dispara, fazer: calculate and show changeability // para descrição, ver abaixo: Procedimento: calculate and show changeability ( Tnow = now() // olhar para o relógio mutabilidade = N received - 1 1/ mutabilidade = -1 significa: nenhuma amostra recebida . 1! mutabilidade = O significa: exatamente a quantidade de amostras recebidas con- forme esperado, . 1/ portanto, sem mutabilidade // mutabilidade = positiva: mais amostras recebidas do que o esperado se N received = O então Delta = Thnow - Tlast arrival 1/ irá aumentar após o período de nenhuma chegada Twakeup = Thnow + Delta ou ainda Delta = T last arrival - T foriast arrival; 1) última vez real de amostra Twakeup = T last arrival + Delta 1) não calcular a partir de agora! se Twake up < = Tnow, então Twakeup = Tnow + Delta; N received = 0 // zerar o contador Return(changeability) // voltar a mutabilidade como parâmetro de saída SetTimer (Twakeup)// configurar o cronômetro para disparar em T wakeup 1/ e ir dormir y de de processamento, um intervalo de valores permissíveis é definido para a dita duração. Nesta modalidade em particular (variante D), uma tolerância sobre o valor médio específico da duração é definida. Isto pode ser incorporado pelo algoritmo a seguir. A fim de tornar o algoritmo menos sensível a pequenos desvios no tempo de amos- tra(por exemplo, se o tempo da amostra é sucessivamente 60, 58, 62, 59, 61 segundos), a média é de 60 segundos, mas o resultado da mutabilidade será, na maior parte das vezes, não igual a zero. Por isso, introduzimos um fator alfa para aumentar o tempo de sono. Tipicamente, um valor entre 1,1 e 1,5, Ao usar alfa = 1,1 no exemplo acima, o tempo de sono será 66, 64, 68,etc. Sendo assim, pequenos desvios em torno do tempo médio de amostra serão igno- rados. Ao se usar alfa = 1,0 a versão tal como apresentada acima é recuperada. O sistema de monitoramento por sensor e/ou a unidade de processamento pode funcionar de acordo com o seguinte "pseudo" código: Configuração D init = 10 // para iniciar o sistema, um valor inicial de tempo de sono é configurado alfa = 1,1 // para tornar o algoritmo menos sensível a pequenos desvios - no // tempo de amostra Inicialização , T forlast arrival = O T last arrival = O Tnow=0 N received = O SetTimer (D init) // ir dormir no tempo = D init Dois processos paralelos (sem fim)

1. Quando uma amostra chega, fazer: T forlast arrival = T last arrival // deslocar T last arrival = Now() // olhar o relógio N received = N received + 1 // aumentar o contador

2. Quando o cronômetro dispara, fazer: calculate and show changeabílity // para descrição, ver abaixo Procedimento: calculate and show changeability ( Tnow = Now() // olhar o relógio mutabilidade = N received - 1 1/ mutabilidade = -1 significa: nenhuma amostra recebida /l mutabilidade = O sianifica: exatamente a quantidade de amostras recebidas tal

1/ portanto, nenhuma mutabilidade 1! mutabilidade = positiva: mais amostras recebidas do que o esperado se N received = O então Delta = Tnow - Tlast arrival 1/ irá aumentar após um período de não chegadas Twakeup = Tnow + alpha * Delta ou ainda Delta = T last arrival - T forlast arrival; 1/ último tempo real de amostra Twakeup = T last arrival + alpha * Delta // não calcular a partir de agora! se Twake up < = Tnow; então Twakeup = Tnow + alpha * Delta; N received = O // zerar o contador Return(changeability) // voltar a mutabilidade como parâmetro de saída SetTimer (Twakeup) // configurar o cronômetro para disparar em T wakeup - 1/ e ir dormir ) . Em ainda uma outra modalidade do sistema de monitoramento por sensor e/ou da unidade de processamento, um valor máximo permissível (Delta) é definido para a dita du- ração (variante B).

Se, durante um tempo mais longo, nenhuma amostra chega, o tempo de sono Delta irá aumentar, Para evitar uma conclusão, um parâmetro Dmax é introduzido, A idéia: se Del- ta excede Dmax, usar Dmax para o cálculo de Twakeup.

O sistema de monitoramento por sensor e/ou a unidade de processamento podem funcionar de acordo com o seguinte "pseudo" código: Configuração D init = 10 // para iniciar o sistema, um valor inicial de tempo de sono é configurado D max = 100 // para impedir que a conclusão de um tempo máximo de sono seja configurada Inicialização T forlast arrival = O T last arrival = O Tnow = 0 N received = O SetTimer (D init) // ir dormir no tempo = D init

1. Quando uma amostra chega, fazer: T forlast arrival = T last arrival // deslocar T last arrival = Now() // olhar o relógio N received = N received + 1 // aumento o contador

2. Quando o cronômetro dispara, fazer: calculate and show changeability Procedimento: calculate and show changeability ó Tnow = Now) // olhar o relógio mutabilidade = N received - 1 /! mutabilidade = -1 significa: nenhuma amostra recebida 1! mutabilidade = O significa: exatamente a quantidade de amostras recebidas tal como esperado, // por isso nenhuma mutabilidade 1! mutabilidade = positiva: mais amostras recebidas do que o esperado se N received = O - então Delta calc = Tnow - Tlast arrival; . 1! variável temporária Delta = min (Dmax, Delta calc) 1! maximizado para Dmax Twakeup = Tnow + Delta ou ainda Delta calc = T last arrival - T forlast arrival /l comparar ao último tempo de amostra real Delta = min (Dmax, Delta calc); 1! Maximizado para Dmax Twakeup = T last arrival + Delta 1! não calcular a partir de agora! /! impedir de olhar no passado (irá acontecer quando 1! Twakeup < = Tnow) calculado fizer o seguinte: se (Twakeupt < = Tnow) twakeuptime = tnow + delta; 1 começar a olhar delta a partir de agora N received = 0; // zerar o contador Return(changeability) // retornar a mutabilidade como parâmetro de saída

1/ e ir dormir ) . Em ainda uma outra modalidade do sistema de monitoramento por sensor e/ou da unidade de processamento, um valor mínimo permitido (Dmin) é definido para a dita dura- ção, [variantes C, F].

Quando as amostras chegam em uma alta frequência (por exemplo, a cada milési- mo de segundo), isso irá custar um pouco da potência da CPU para calcular a mutabilidade em cada milissegundo. Portanto, o uso de um valor mínimo Dmin é introduzido. O intervalo de tempo seguinte para acordar será de pelo menos o valor Dmin. A idéia é: quando o valor Delta calculado é menor que o valor Dmin, deve-se usar o valor Dmin para o cálculo seguin- te. Isso, porém, não é suficiente. Até agora, estamos habituados a esperar uma amostra chegar quando o cronômetro dispara. Mas, no caso de o valor Dmin ser de 1 segundo e as amostras são esperadas chegar a cada milissegundo, o número esperado de amostras che- gadas será de 1000. Por isso, vamos utilizar o novo parâmetro N expected. Este parâmetro também é usado para calcular a mutabilidade: mutabilidade = (N received - N expected) / N expected; . No caso de N expected = 1; a fórmula da mutabilidade será: (N received-1)/1 = N received-1 - (este é o mesmo caso que no caso básico da Variante A).

Dmin é tipicamente usado quando uma taxa de amostragem muito elevada é espe- rada.

O sistema de monitoramento por sensor e/ou a unidade de processamento podem funcionar de acordo com o seguinte "pseudo" código: Configuração D init = 10 // para iniciar o sistema, um valor inicial de tempo de sono é configurado D min = 10// para impedir um tempo de sono que seja muito pequeno Inicialização T forlast arrival = O T last arrival = O Tnow=0 N expected = 1 // normalmente uma amostra deverá chegar ao acordar N received= O SetTimer (D init) // ir dormir no tempo = D init Dois processos paralelos (sem fim)

1. Quando uma amostra chega, fazer: T forlast arrival = T last arrival // deslocar

: N received = N received + 1 // aumentar o contador

2. Quando o cronômetro dispara, fazer: calculate and show changeability Procedimento: calculate and show changeability ( Tnow = Now() // olhar o relógio mutabilidade = (N received - N expected) / N expected; 1/ mutabilidade = negativa significa: amostras menos recebidas que o esperado 1/ mutabilidade = -1 significa: nenhuma amostra recebida 1/ mutabilidade = O significa: exatamente a quantidade de amostras recebidas tal como esperado, // portanto nenhuma mutabilidade /! mutabilidade = positiva: mais amostras recebidas que o esperado N expected = 1; // reconfigurar N expected se N received = O então 5 1l nos pelo menos segundos de valor Dmin, não houve nenhuma chegada : (N received = 0 e . 1/ o sistema dormiu no segundo do valor Dmin) Delta calc = Tnow - Tlast arrival; // assim, este valor é maior que Dmin Delta = max (Dmin, Delta calc) 1! minimizar para o valor Dmin; // na prática, apenas usado na fase de inicialização Twakeup = Tnow + Delta 1/ Nota: N expect não é recalculado 1! uma vez que esperamos 1| amostra ou ainda // recebemos amostras Delta calc = T last arrival - T forlast arrival 1! comparar com o último tempo de amostra real Delta = Delta cale se Delta <Dmin, então Delta = Dmin / ss minimizar para o valor Dmin

Twakeup = T last arrival + Delta // não calcular a partir de agora! . // para impedir de olhar no passado (que acontecerá quando o calculado 1! Twakeup <= Tnow), fizer: se (Twakeupt < = Tnow), então Thwakeupe = Tnow + delta; 1l despertar delta a partir de agora N received = O // zerar o contador Return(changeability) // retornar a mutabilidade como parâmetro de saída SetTimer(Twakeup) // configura o cronômetro para disparar em T wakeup Il eir dormir ) Em ainda uma outra modalidade (variante F), a unidade de processamento é dis- posta de modo a estender o algoritmo básico (variante A) com ambos os valores Dmax e Dmin (combinação das opções B e O). O sistema de monitoramento por sensor e/ou a unidade de processamento podem funcionar de acordo com o seguinte "pseudo" código: . Configuração 2 D init = 10// para iniciar o sistema, um valor inicial de tempo de sono é configurado . D max = 100 // para impedir a conclusão, um tempo máximo de sono é configurado D min = 10// para impedir um tempo de sono que seja muito pequeno Inicialização T forlast arrival = O T last arrival = O Tnow=0 N expected = 1 // normalmente 1 amostra deverá chegar ao acordar N received = O SetTimer (D init) // ir dormir no tempo = D init Dois processos paralelos (sem fim)

1. Quando uma amostra chega, fazer: T forlast arrival = T last arrival // deslocar T last arrival = Now() // olhar o relógio N received = N received + 1 // aumentar contator

2. Quando o cronômetro dispara, fazer: calculate and show changeability Procedimento: calculate and show changeability ç mutabilidade = (N received - N expected) / N expected; 1! mutabilidade = negativa significa: amostras menos recebidas que o esperado 1! mutabilidade = -1 significa: nenhuma amostra recebida 1! mutabilidade = O significa: exatamente a quantidade de amostras recebidas tal como esperado,

1! portanto, nenhuma mutabilidade // mutabilidade = positiva: mais amostras recebidas que o esperado N expected = 1; // reconfigurar N expected se N received = O então Delta calc = Tnow - Tlast arrival; Delta = min (Dmax, Delta calc) /! maximizado para Dmax Delta = max (Dmin, Delta)

1l minimizado para o valor Dmin Twakeup = Tnow + Delta

. ou ainda ' Delta cale =T last arrival - T foriast arrival . /l comparar com o último tempo de amostra real

Delta = min (Dmax, Delta calc); 1! maximizado para Dmax se Delta <Dmin Delta = Dmin 1// minimizar para o valor Dmin

N expect = Delta / Deltacal //l calcular N expect // isso só será calculado se Delta < Dmin Twakeup = T last arrival + Delta 1 não calcular a partir de agora!

// para impedir de olhar no passado (o que acontecerá quando o calculado 1! Twakeup < = Tnow), fizer o seguinte: se (Twakeupt < = Tnow), então Twakeup = Tnow + delta; /l começar a olhar delta a partir de agora N received = 0 // zerar o contador

Return(changeability) // retorna a mutabilidade como parâmetro de saída 3 a ATT o a A a nem o main à A cm a Ea a me o mo iara am amam mm ra Cm e era A E am a na o a E md a

) Em ainda uma outra modalidade, o sistema de monitoramento por sensor e/ou a - unidade de processamento da unidade de processamento são ainda dispostos de modo a atribuir uma janela de aquisição de dados correspondente a uma duração de um número de eventos sucessivos de transmissão de dados.

Variante E Parâmetros a serem configurados: Dinit = tempo delta mínimo para o cronômetro disparar na próxima vez (na fase ini- cial) Tamanho de janela = o número de valores recebidos usados para calcular o tempo médio de despertar usando o tamanho de janela = 1, a mesma situação do algoritmo A é obtida quanto maior o tamanho da janela, mais "lenta" a resposta sobre as mudanças se o tamanho da janela = 1, a mutabilidade será extremamente sensível às amos- tras com um pequeno desvio no tempo de chegada (por exemplo, com um delta de 69, 61, 60, 59 segundos) . normalmente, a janela terá dentre 3 e 10 ' quanto maior o tamanho da janela, mais tempo a janela levará para detectar que . não há de forma alguma nenhum sinal chegando N expected = número de amostras esperadas na hora de despertar. Saída mutabilidade = mutabilidade do sinal recebido, * O significa: nenhuma mutabilidade * um número positivo: mais amostras recebidas que o esperado * um número negativo: menos amostras recebidas que o esperado Outros parâmetros Delta = "variável temporária": usada para o cálculo da nova hora de despertar T wakeup = o tempo que o cronômetro disparou e a próxima sequência de cálculo é iniciada N received = a quantidade de entradas de sinal recebida quando o cronômetro dis- parou T last arrival = última vez que uma amostra chegou T forlast arrival time = a hora antes da última vez que uma amostra chegou lista matriz non mm amics

? EN - RN RR . tamanho de janela | preenchida em uma | preenchida em | preenchida em uma comprimento da matriz = tamanho de janela + 1 (assim: para o tamanho da janela = 1 -> comprimento = 2) E = variável temporária para calcular todas as amostras esperadas na lista matriz (ou seja, a coluna 1) R = variável temporária para calcular todas as amostras recebidas na lista matriz (ou seja, a coluna 2) O sistema de monitoramento por sensor e/ou a unidade de processamento podem funcionar de acordo com o seguinte "pseudo" código: Configuração D init = 10 // para iniciar o sistema, um valor inicial de tempo de sono é configurado tamanho de janela = 3 // como um exemplo . N expected = 1 . Inicialização . T forlast arrival = O T last arrival = O Tnow=0 N received = O lista matriz (índice = 0) = (N expected, N received, D init) R=O; E=0; SetTimer (D init) // ir dormir no tempo = D init Dois processos paralelos (sem fim)

1. Quando uma amostra chega, fazer: T forlast arrival = T last arrival // deslocar T Jast arrival = now() // olhar o relógio N received = N received + 1 // aumentar o contador atualizar lista matriz com N received na última linha 1/ atualizar a coluna "N received" da lista matriz com o N received 1/ na linha mais recente

2. Quando o cronômetro disparar, fazer: meimanftadio asma cablbimaias cb eesçeho i E mm ai a nim ia a mae am da im a

: ( Tnow = Now() // olhar o relógio " R = somar (lista matriz coluna N received (índice = 1): lista matriz coluna N received (índice = comprimento (lista matriz))) E = (somar lista matriz coluna N expected (índice = 1): lista matriz coluna N received (índice = comprimento (lista matriz))) 1/ notar o uso do índice = 1! período de tempo = lista matriz coluna Twakup (índice = último) - lista matriz coluna Twakup (índice = O) mutabilidade = (R- E) / E //! mutabilidade = negativa: menos exemplos chegaram que o esperado no tamanho de janela /! mutabilidade = -1 significa: nenhuma amostra recebida no tamanho de janela /! mutabilidade = O significa: exatamente a quantidade de amostras recebidas tal como esperado, Iiportanto, nenhuma mutabilidade - 1! mutabilidade = positiva significa: mais amostras recebidas que o esperado . se R = 0 // verificar se existem amostras recebidas na janela . então // neste caso, não há amostras recebidas na janela Delta = Thnow - Tlast arrival // irá aumentar após um período de não chegadas Twakeup = Tnow + Delta ou ainda 1/ neste caso existem de fato amostras recebidas na janela Delta = período de tempo / comprimento (lista matriz) 1! média dentro do tamanho de janela Twakeup = T last arrival + Delta 1/ não calcular a partir de agora! se Twake up < = Tnow, então Twakeup = Tnow + Delta; N received = 0 // zerar o contador 1l atualizar a lista matriz se o comprimento (lista matriz) < tamanho da janela então ( Ha lieta matriz não fai nrasanónhida aAqmnlatameanta

. 1/ adicionar linha no final update list-array lastrow (N expected, N received, Twake up) " 1/ atribuir valores a esta última linha ) ou ainda (// a lista matriz já foi preenchida 1/ por isso temos que fazer um deslocamento de linha delete first row from-list-array /l apagar a linha com valores mais antigos extend líist-array with one row at end 1/ adiciona linha no final update list-array lastrow (N expected, N received, Twake up) 1/ atribuir valores a esta última linha ) Return(changeability) // retornar a mutabilidade como parâmetro de saída SetTimer(Twakeup) // configurar cronômetro para disparar em T wakeup - 1/ e ir dormir : ) . Ainda uma outra modalidade (Variante G) se baseia em uma combinação das vari- antesDerF.

Nota: utilizando alfa = 1.0, a variante F é recuperada.

O sistema de monitoramento por sensor e/ou a unidade de processamento podem funcionar de acordo com o seguinte "pseudo" código: Configuração D init = 10 // para iniciar o sistema, um valor inicial de tempo de sono é configurado D max = 100 // para impedir a conclusão, um tempo máximo de do sono é configu- rado D min = 10 // para impedir um tempo de sono que seja muito pequeno alfa = 1.1 // para tornar o algoritmo menos sensível a pequenos desvios no // tempo de amostra Inicialização T foriast arrival = O T last arrival = O Tnow=0 N expected = 1 // normalmente uma amostra deverá chegar ao acordar N received = O SatTimar (14 ini ie damir na famna = fi ini

: 1. Quando uma amostra chega, fazer: T forlast arrival = T last arrival // deslocar T last arrival = Now() // olhar o relógio N received = N received + 1 // aumentar o contador

2. Quando o cronômetro disparar, fazer: calculate and show changeability Procedimento: calculate and show changeability í Tnow = now() // olhar o relógio mutabilidade = (N received - N expected) / N expected; 1! mutabilidade = negativa significa: menos amostras recebidas que o esperado 1! mutabilidade = -1 significa: nenhuma amostra recebida 1! mutabilidade = O significa: exatamente a quantidade de amostras recebidas tal como esperado, 1/ por isso nenhuma mutabilidade 1/ mutabilidade = positiva: mais amostras recebidas que o esperado . N expected = 1; // reconfigurar N expected 7 se N received = O “ então Delta calc = Tnow - Tlast arrival; Delta = min (Dmax alfa * Delta calc) 1) suspender um fator alfa mais longo, 1) porém maximizado ao valor Dmax Delta = max (Dmin, Delta) 1/ minimizado ao valor Dmin Twakeup = Tnow + Delta ou ainda Delta calc = T last arrival - T foriast arrival 1/ comparar com o último tempo de amostra real Delta = min (Dmax, alpha * Delta calc); 1/ suspender um fator alfa mais longo, 1! porém maximizado ao valor Dmax se Delta < Dmin Delta = Dmin 1! minimizar ao valor Dmin 1 nArém não visar alfal

. // calcular N expect Twakeup = T last arrival + Delta : 1 não calcular a partir de agora! 1/ impedir de olhar o último (o que acontecerá quando o calculado 1! Twakeup <= Tnow) se (Twakeupt < = Tnow), então Twakeup = Tnow + delta; /l começar a olhar delta a partir de agora N received = 0 // zerar o contador Return(changeability) // retornar a mutabilidade como parâmetro de saída SetTimer (Twakeup) // configurar o cronômetro para disparar em T wakeup 11 e ir dormir ) O método de acordo com a presente invenção para o monitoramento de um siste- ma de sensores que compreende pelo menos um sensor e uma unidade de processamento, sendo que o sensor é disposto de modo a transmitir, durante uma pluralidade de períodos de tempo sucessivos, itens de dados para a unidade de processamento, e a unidade de . processamento é disposta de modo a receber os itens de dados do dito pelo menos um : sensor, compreende as etapas de: . - determinar, durante pelo menos alguns períodos de tempo a partir da dita plurali- dadede períodos de tempo sucessivos, um número de itens de dados correspondentes; - comparar, entre pelo menos alguns períodos de tempo, o número de itens de da- dos correspondentes; - deduzir, para pelo menos alguns períodos de tempo, um parâmetro associado a uma variação no número de itens de dados nos ditos alguns períodos de tempo.

O produto de programa de computador, de acordo com a presente invenção, com- preende instruções para fazer com que um processador execute as etapas do método tal como definido no parágrafo acima.

Estes e outros aspectos da presente invenção serão examinados com referência aos desenhos, nos quais sinais de referência similares correspondem a elementos similares.

Será apreciado que os desenhos são apresentados tão-somente para fins ilustrativos e não podem ser usados no sentido de limitar o âmbito de aplicação das reivindicações em apen- so.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 apresenta, em uma forma esquemática, uma modalidade de um sistema —deacordocoma presente invenção.

A Figura 2 apresenta em forma esavemática um narâmetro da variacão nos itens

. DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS A Figura 1 apresenta, em uma forma esquemática, uma modalidade de um sistema de acordo com a presente invenção.

O sistema de sensor mostrado meramente a título de exemplo não limitativo na Figura 1 compreende várias unidades de sensor 101, 102, 103, ... euma unidade de processamento 150. Cada uma das unidades de sensor 101, 102, ... po- derá conter um ou mais sensores e um transmissor para a transmissão de itens de dados para a unidade de processamento.

Os itens de dados podem conter valores (amostrados) determinados pelos sensores, Tal como acima explicado, os itens de dados podem ser refe- ridos como "amostras". No entanto, na maior parte das modalidades, os itens de dados são constituídos por pacotes de dados dotados de um cabeçalho e uma carga útil, a carga útil compreendendo um ou mais valores de sensor.

O transmissor pode ser configurado para transmissão com fio (um cabo de cobre ou cabo de fibra óptica) e/ou para a transmissão sem fio.

As unidades de sensor, de preferência, não são consultadas pela unidade de pro- cessamento, mas transmitem os seus itens de dados de forma autônoma, por exemplo, re- —gularmente e/ou após a detecção de uma alteração no valor detectado.

Tal como será explicado em mais detalhe abaixo, as unidades de sensor 101, 102, . ... São configuradas de modo a transmitir itens de dados para a unidade de processamento : 150. Além disso, a unidade de processamento 150 é configurada de modo a determinar, . durante uma pluralidade de períodos de tempo, o número de itens de dados recebidos em cada período de tempo; de modo a comparar, em cada período de tempo, o número de itens de dados recebidos com o número de itens de dados recebidos em períodos de tempo ante- riores; e de modo a determinar, em cada período de tempo, uma medida de mudança no número de itens de dados recebidos.

Na presente invenção, uma assim chamada taxa de amostragem de cada unidade de sensor é determinada pela unidade de processamento.

Esta taxa de amostragem é a taxa típica na qual os itens de dados são recebidos a partir da respectiva unidade de dados e é "aprendida" durante um período de treinamento.

Este período de treinamento tipicamen- te compreende vários períodos de tempo (janelas de tempo). Em cada novo período de tempo, a taxa de recebimento dos itens de dados é comparada com a taxa de histórico e estacomparação é, então, utilizada para calcular uma medida de alteração, também conhe- cida como "mutabilidade", Em uma modalidade, esta medida pode ser igual a zero quando não há nenhuma alteração na taxa, pode ser menor que zero quando a taxa diminui, ou po- de ser maior que zero quando a taxa aumenta.

Um valor NULL (nulo) especial pode ser usado para as situações nas quais absolutamente nenhuma amostra é recebida em um de- terminado período de tempo.

Em uma modalidade preferida à unidade de orocessamento compreende (ou é

. espera (por exemplo, o número de segundos) para um novo item de dados é determinado, o tempo médio de espera é referido como o "tempo de despertar". Acionado por um cronôme- tro, o número de itens de dados recebidos no período de tempo é determinado, e este nú- mero pode ser igual a um.

Quando este número é normalmente igual a um, neste caso, a "“mutabilidade" é igual a zero.

No entanto, quando um item de dados chega apenas com um ligeiro atraso, neste caso, a medida de alteração será alta, mesmo que quase nenhuma mu- dança possa ter ocorrido.

Para evitar isso, é preferível utilizar um armazenador temporário com um tamanho ajustável.

Quando o tamanho do armazenador temporário é igual (ou con- figurado para) cinco, neste caso, o tempo de despertar pode ser configurado para cinco ve- zeso"tempo da amostra" determinado (ou seja, o período de tempo entre os itens de da- dos). Quando uma destas cinco amostras não chega dentro do período de tempo, neste caso, a medida da mudança será negativa, mas não tão negativa como no caso acima, no qual o único item de dados falha em chegar.

Em outras palavras, o efeito de um único item de dados que chega com um ligeiro atraso é amortecido.

A unidade de processamento pode serdisposta de modo a realizar as etapas de aquisição e processamento de dados, tal como são definidas com respeito a qualquer um dos exemplos descritos acima. . A Figura 2 apresenta, de uma forma esquemática, um parâmetro da variação nos : itens de dados.

Será apreciado que, de acordo com uma perspectiva da presente invenção, . a variabilidade de dados, expressa em uma medida de variação ou "mutabilidade", pode ser utilizadade uma forma eficaz no sentido de monitorar e detectar condições anormais em uma rede de sensores, em particular em uma rede de sensores não consultada.

Uma série de dados 200 representa as amostras de entrada, sendo que uma série de dados 202 re- presenta a mutabilidade determinada.

Embora modalidades específicas tenham sido descritas acima, será apreciado que a presente invenção pode ser praticada de uma forma diferente da descrita.

Além disso, os itens específicos apresentados com referência a qualquer um dos desenhos isolados podem ser livremente intercambiados, complementando-se uns aos outros de qualquer maneira em particular.

As descrições acima se destinam a ser ilustrativas, e não limitantes.

Desse modo, ficará evidente a uma pessoa versada na técnica que modificações podem ser feitas à presente invenção, tal como descrito acima, sem se afastar do âmbito de aplicação das reivindicações a seguir determinadas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de monitoramento por sensor, CARACTERIZADO por compreender pe- lo menos um sensor e de uma unidade de processamento, sendo que o sensor é disposto de modo a transmitir, durante uma pluralidade de períodos de tempo sucessivos, itens de — dados paraa unidade de processamento, e a unidade de processamento é disposta de mo- do a receber os itens de dados a partir do dito pelo menos um sensor, a unidade de proces- samento sendo ainda disposta de modo a: - determinar, durante pelo menos alguns períodos de tempo a partir da dita plurali- dade de períodos de tempo sucessivos, um número de itens de dados correspondentes; - comparar, entre pelo menos alguns períodos de tempo, o número de itens de da- dos correspondentes; - deduzir, para pelo menos alguns períodos de tempo, um parâmetro associado a uma variação no número de itens de dados para os ditos alguns períodos de tempo.

2. Sistema de monitoramento por sensor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que as ditas determinação, comparação e dedução são realizadas em cada período de tempo que forma a dita pluralidade de períodos de tempo.

3. Sistema de monitoramento por sensor, de acordo com a reivindicação | ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito parâmetro é usado para disparar um alarme quando o parâmetro excede um limite.

4. Sistema de monitoramento por sensor, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que um valor de limite é predeterminado, ou pelo fato de que o valor do limite é determinado dinamicamente.

5. Sistema de monitoramento por sensor, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que a unidade de processamento compreende um armazenador temporário para o armazenamento temporário dos itens de dados.

6. Sistema de monitoramento por sensor, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que o pelo menos um sensor é con- figurado de modo a transmitir os ditos itens de dados sem fio.

7. Sistema de monitoramento por sensor, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que a unidade de processamento é configurada com base em uma duração detectada (Delta) entre as transmissões sucessivas dos itens de dados.

8. Sistema de monitoramento por sensor, de acordo com a reivindicação 7, — CARACTERIZADO pelo fato de que um intervalo de valores permissíveis é definido para a dita duração.

9. Sistema de monitoramento por sensor, de acordo com a reivindicação 7 ou 8,

CARACTERIZADO pelo fato de que um valor máximo permissível (Dmax) é definido para a dita duração.

10. Sistema de monitoramento por sensor, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações precedentes, 7, 8 ou 9, CARACTERIZADO pelo fato de que um valor mínimo per- mitido (Dmin) é definido para a dita duração.

11. Sistema de monitoramento por sensor de acordo com qualquer uma das reivin- dicações precedentes 7 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a unidade de processa- mento é ainda disposta de modo a atribuir uma janela de aquisição de dados corresponden- te a uma duração de um número de eventos de transmissão de dados sucessivos.

12. Sistema de monitoramento por sensor, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito pelo menos um sensor é adaptado de modo a transmitir pelo menos três, de preferência pelo menos 10 itens de da- dos durante um único período de tempo.

13. Unidade de processamento CARACTERIZADA por ser para o uso em um sis- tema de monitoramento por sensor compreendendo pelo menos um sensor, sendo que o sensor é disposto de modo a transmitir, durante uma pluralidade de períodos de tempo su- cessivos, itens de dados para a unidade de processamento, e a unidade de processamento é disposta de modo a receber os itens de dados a partir do dito pelo menos um sensor que é ainda disposto de modo a: a) determinar, durante pelo menos alguns períodos de tempo a partir da dita plurali- dade de períodos de tempo sucessivos, um número de itens de dados correspondentes; b) comparar, entre pelo menos alguns períodos de tempo, o número de itens de dados correspondentes; c) deduzir, para pelo menos alguns períodos de tempo, um parâmetro associado a uma variação no número de itens de dados nos ditos alguns períodos de tempo.

14. Método para o monitoramento de um sistema de sensores que compreende pe- lo menos um sensor e uma unidade de processamento, sendo que o sensor é disposto de modo a transmitir, durante uma pluralidade de períodos de tempo sucessivos, itens de da- dos para a unidade de processamento, e a unidade de processamento é disposta de modo a receber os itens de dados do dito pelo menos um sensor, o método sendo CARACTERIZADO por compreender as etapas de: - determinar, durante pelo menos alguns períodos de tempo a partir da dita plurali- dade de períodos de tempo sucessivos, um número de itens de dados correspondentes; - comparar, entre pelo menos alguns períodos de tempo, o número de itens de da- dos correspondentes; - deduzir, para pelo menos alguns períodos de tempo, um parâmetro associado a uma variação no número de itens de dados nos ditos alguns períodos de tempo.

15. Produto de programa de computador, CARACTERIZADO por compreender ins- truções para fazer com que um processador execute as etapas do método definido confor- me a reivindicação 14.