A classificação refinada de imagens é uma modalidade de inferência muito importante em visão computacional devido a sua utilidade em abordar problemas que possuem um número elevado de classes. Além de exigir modelos com maior capacidade de aprendizado, o conjunto de imagens usadas no treinamento deve conter uma grande quantidade de amostras de boa qualidade. A presença de compressão com perdas, porém, ao degradar a qualidade do sinal pode dificultar drasticamente a tarefa do classificador. Por se tratar de algo que até mesmo viabiliza a composição dos conjuntos de treinamento dos modelos, a compressão e os seus impactos nesse tipo de aplicação não pode ser ignorada. Nesse trabalho propomos uma arquitetura de Rede Neural (RN) capaz de mitigar significativamente os prejuízos causados pela compressão JPEG, para tanto ela conta com uma dupla ramificação de redes que serão treinadas em conjunto. Os dois ramos, um para Redução de Artefatos da Compressão (RAC) e outro para classificação, são conectados de forma que a saída do primeira é a entrada do segundo. O ramo de RAC consiste em uma RN de geração de imagens responsável pela redução dos efeitos de perdas no sinal comprimido. O ramo de classificação, por sua vez, se utiliza de uma RN pré-treinada para receber essas imagens reconstruídas como entrada e executar a classificação. Dessa forma, o treinamento multi-objetivo é capaz tanto de melhorar a qualidade do sinal priorizando características importantes para a classificação quanto de se adaptar a receber imagens restauradas com certa degradação para realizar a inferência. Nos dois conjuntos de imagens que utilizamos, Caltech 200 Cub e Oxford 102 Flower, aumentamos a acurácia média para 10 fatores de qualidade (FQs) diferentes em 45.6% e 5.81%, respectivamente. Apesar da pouca flexibilidade do modelo em relação aos FQs e a necessidade de um treinamento adicional, o nosso trabalho evidencia uma forte correlação entre a eficiência do codificador e o desempenho do classificador. Além de apresentar uma arquitetura que extrai grande proveito desse aspecto para melhorar o processo de classificação de imagens comprimidas

Microrredes representam o futuro dos sistemas elétricos de potência, e para que funcione adequadamente, um sistema de gerenciamento de energia da microrrede (MEMS) deve ser projetado para encontrar a melhor maneira de lidar com a carga de forma confiável. Este estudo tem como objetivo propor e simular um MEMS de uma microrrede localizada na Universidade de Brasília e composta por três recursos energéticos distribuídos (REDs): painéis fotovoltaicos, usina termelétrica a biogás e um sistema de armazenamento de energia em bateria. Para a simulação foi preciso recolher informações de perfil de consumo da unidade consumidora e do potencial energético para que os REDs pudessem ser bem dimensionados. O algoritmo sugerido foi desenvolvido para os modos conectado e ilhado, buscando priorizar o sistema fotovoltaico e considerando o estado de carga na tomada de decisão. O horário também deve ser monitorado de modo a reduzir ou cortar a contribuição da rede para carga em período de pico, como serviço ancilar. Simulações foram realizadas para semanas específicas e para o ano inteiro de 2023, com o intuito de validar o sistema de gerenciamento de energia e verificar possíveis desligamentos. Considerando o cenário anual, a mínima e máxima geração fotovoltaica foi de 30,33 e 41,59 MWh nos meses de abril e novembro, respectivamente, enquanto a maior carga consumida foi no mês de maio, atingindo 78,56 MWh. A potência fornecida pela rede oscilou entre 12,63 MWh e 33,21 MWh, tendo uma redução de mais de 60%. Além disso, foi avaliado o custo total da energia consumida por cada fonte, pela microrrede e o quanto seria gasto pelo sistema sem a microrrede. Os resultados das simulações foram muito positivos, com boas respostas às interrupções da rede e alcançando uma economia de R$ 318.579,49 no ano de 2023.

Esta tese investiga técnicas de aprendizado de máquina que preservam a privacidade para aplicações socialmente relevantes, focando em duas áreas específicas: detecção e identificação de Mídia de Abuso Sexual Infantil (CSAM) e geração de conjuntos de dados sintéticos que com foco em desenvolvimento ético e privado de inteligencia artifical. Abordamos o desafio de desenvolver soluções baseadas em aprendizado de máquina para detecção de CSAM enquanto consideramos as restrições éticas e legais do uso de imagens explícitas para treinamento do modelo. Para contornar essas limitações, propomos uma nova estrutura que utiliza metadados de arquivo para identificação de CSAM. Nossa abordagem envolve o treinamento e avaliação de modelos de aprendizado de máquina prontos para implantação baseados em caminhos de arquivo, demonstrando sua eficácia em um conjunto de dados de mais de um milhão de caminhos de arquivo coletados em investigações reais. Além disso, avaliamos a robustez de nossa solução contra ataques adversáriais e exploramos o uso de privacidade diferencial para proteger o modelo de ataques de inferência de modelo sem sacrificar a utilidade. Na segunda parte desta tese, investigamos as oportunidades e desafios do uso da geração de dados sintéticos no contexto do aumento da adoção de regulamentações globais de privacidade. Dados sintéticos são dados que imitam dados reais sem replicar informações pessoais, e oferecem diversas possibilidades para análise de dados e tarefas de aprendizado de máquina. No entanto, pouco se sabe sobre os impactos do uso de conjuntos de dados sintéticos em pipelines de aprendizado de máquina, especialmente quando apenas dados sintéticos estão disponíveis para treinamento e avaliação de modelo. Este estudo examina a relação entre privacidade diferencial e viés social dos algoritmos aprendizado de máquina, explorando como diferentes métodos de geração de dados sintéticos afetam o viés social dos algoritmos e comparando o desempenho de modelos treinados e testados com dados sintéticos versus dados reais. Os resultados contribuem para uma melhor compreensão do uso de dados sintéticos em pipelines de aprendizado de máquina e seu potencial para avançar o estado da arte em diversas áreas.

Como trabalho futuro, pretendemos desenvolver protocolos para a geração de conjuntos de dados sintéticos a partir de fontes distribuídas com garantias de privacidade diferencial, sem a necessidade de uma parte confiável. O objetivo desta abordagem é permitir que detentores de dados compartilhem seus dados sem violar restrições éticas e legais.

Atualmente, impõe-se preocupante cenário global a respeito do meio ambiente, haja vista que, antes tidos como infinitos ou abundantes, os recursos disponibilizados por ele estão cada vez mais escassos. Nesta seara, ganham destaque os sistemas fotovoltaicos, capazes de produzir energia elétrica a partir do Sol, fonte renovável e sustentável de energia. Neste contexto, encontra-se este trabalho acadêmico, de forma a contribuir com a sociedade, ao se realizar ampla análise técnico-econômica de um sistema fotovoltaico instalado em destacada instituição pública de ensino superior, em consonância com os índices utilizados pela literatura atual, bem como em comparação com outros sistemas similares. Trata-se de sistema inaugurado em 2019, composto por 450 módulos fotovoltaicos, com potência nominal de 150kWp, instalado na Faculdade de Tecnologia da Universidade de Brasília. Em acréscimo, é realizada uma simulação computacional desta usina, por meio do software System Advisor Model – SAM, a fim de se verificar o desempenho teórico do sistema e comparálo com o desempenho real aferido, avaliando-se discrepâncias sob a óptica da análise de fontes de danos e perdas, seja por externalidades, seja por outras questões técnicas. Ademais, avaliam-se, ainda, os parâmetros de qualidade de energia elétrica apresentados por esse sistema, medidos in loco, à luz dos requisitos estabelecidos pelos normativos vigentes. Por derradeiro, considerando as variáveis técnicas e econômicas que norteiam a área de energia solar fotovoltaica, é proposto Plano de Manutenção, Operação e Controle – PMOC, a ser aplicado a estes sistemas, de forma a se colaborar com rotinas de manutenção preditiva e preventiva que permitam a previsão e a identificação de falhas, em tempo adequado para a devida atuação tempestiva.

Este trabalho analisa o impacto da transposição de condutores, cabos para-raio e modelagem do solo nos parâmetros modais de uma linha de transmissão em circuito duplo. Foram desenvolvidas rotinas de modelagem computacional para representar os parâmetros modais da linha de transmissão, considerando a variação dos parâmetros ao longo da faixa de servidão. O modelo circuital é construído usando software do tipo EMTP, sendo consideradas as impedâncias e admitâncias calculadas para levar em conta os efeitos de corrente condutiva e de dispersão em solos variantes na frequência. Foram realizados estudos transitórios em uma linha de transmissão real de 500 kV em duplo circuito, considerando diversos cenários de resistividade do solo, transposição e modelagem do cabos para-raio. As faltas foram aplicadas a cada 1% da linha de transmissão, o que representa 100 faltas por cenário. Os resultados mostram que um único valor de resistividade sendo a média das resistividades da camada profunda representa com precisão a distribuição heterogênea de resistividade ao longo da linha, com uma discrepância inferior a 1%. Os esquemas de transposição que giram as fases dos circuitos em direções opostas resultam em correntes de curto-circuito mais baixas, melhorando a segurança do sistema de transmissão. O uso da redução de Kron, como é tradicionalmente realizada nos cálculos dos parâmetros da linha, produz resultados conservadores em comparação com o modelo modal-descomposto realista, com a superestimação das correntes do ramo de falta e das correntes de contribuição de curto-circuito em 0,9 p.u. (600 A). As correntes nos cabos para-raios podem atingir até 1,8 kA, destacando a importância de sua modelagem na linha de transmissão.

Comparados aos vídeos tradicionais, que estão sendo estudados a mais de um século, vídeos em 360 graus (vídeos omnidirecionais) representam um tipo de mídia relativamente novo. A exploração da criação de vídeos mais complexos com narrativas no formato de 360 graus ainda está em andamento. No entanto, devido às características únicas dos vídeos em 360 graus, os cineástas ainda estão estabelecendo sua própria identidade e métodos para contar narrativas complexas. Nesses casos, eles enfrentam o desafio de direcionar a atenção dos usuários para as principais cenas e garantir que a mensagem pretendida não seja perdida, sem a capacidade de contar com as técnicas de edição tradicionais devido à falta do controle da câmera.

Para enfrentar esse problema, este trabalho apresenta o 360EAVP, uma aplicação de código aberto para navegadores web para transmissão e visualização em "Head-mounted Displays" (HMDs) de vídeos em 360 graus editados. A plataforma permite direcionar a atenção dos usuários para as principais cenas-chave, estando ciente dessas cenas antes do início do vídeo. Este trabalho apresenta as principais características introduzidas pelo 360EAVP, que são: 1) operação em HMDs com base no viewport do usuário em tempo real; 2) edição dinâmica por meio das técnicas de snap-change ou fade-rotation combinadas com "piscar dos olhos"; 3) avaliação da visibilidade do viewport do usuário em relação à projeção cúbica do player (para fins de solicitações de segmentos); 4) incorporação das informações das edições na operação do algoritmo ABR; 5) módulo de previsão do viewport do usuário com base em algoritmos de regressão de ridge ou linear; e 6) coleta de dados durante a reprodução do vídeo. A aplicação introduzida pode ser usada para apoiar pesquisas em diversos temas, como otimização da transmissão de vídeo em 360 graus editado com base em segmentos, experimentos psicofísicos, geração de base de dados, desenvolvimento de algoritmos ABR, etc. Para avaliar as capacidades da plataforma, foram realizados experimentos como prova de conceito para exemplificar como as técnicas de edição impactam a experiência do usuário e a transmissão do vídeo.

Em meio a um mundo complexo que abrange, por um lado, profundos avanços tecnológicos conquistados pela humanidade por meio do uso do conhecimento científico, exemplificados pelo desenvolvimento de máquinas capazes de imitar a interação humana com o mundo. Por outro lado, a humanidade retrocede a eras primitivas e utiliza tecnologias relacionadas para matar crianças em uma guerra tecnológica. Nesse contexto, apresentamos uma pesquisa realizada em outra frente, que poderá contribuir para o avanço da autonomia das máquinas, permitindo que se tornem fontes autossustentáveis de energia. Apesar do grande desafio que essa proposta representa dentro de um amplo espectro de dispositivos eletrônicos que anseiam por fontes que os tornem autossustentáveis do ponto de vista energético, nossa proposta tem como objetivo atender inicialmente a dispositivos de Internet das Coisas, que podem ser implantados em arquiteturas de redes padronizadas. Portanto, nossa pesquisa científica resultou no desenvolvimento de uma extensão para a biblioteca do "Network Simulator 3" (NS-3), a fim de possibilitar a simulação do "Simultaneous Wireless Information and Power Transfer" (SWIPT) em redes IEEE 802.11. Nas páginas a seguir, fornecemos uma descrição detalhada sobre a extensão proposta em relação aos seus principais blocos de construção, seus mecanismos subjacentes e sua resposta aos parâmetros e modos de operação da camada física (PHY). Além disso, discutimos o desenvolvimento de novas classes e outros tipos de dados de acordo com o padrão adotado pelo NS-3. No final do nosso trabalho, avaliamos o desempenho da nossa implementação utilizando métricas padronizadas que nos permitem concluir que nossa implementação funciona nos cenários predeterminados para sua implementação. O resultado desta investigação é um ambiente de simulação SWIPT completo que pode ser usado para o projeto e avaliação de desempenho de novos protocolos de eficiência energética baseados em SWIPT para a tecnologia IEEE 802.11.

O desenvolvimento de técnicas de controle de consenso possui inúmeras aplicabilidades em sistemas multiagentes robóticos. Este trabalho visa estabelecer protocolos para projeto de controladores de consenso robusto de sistemas multiagentes lineares a partir do compartilhamento de saídas entre os agentes. Considera-se, nesse contexto, as possíveis incertezas relacionadas à topologia de comunicação entre os agentes e a presença de entradas de distúrbios que podem afetar tanto a dinâmica dos agentes quanto a medição de suas saídas. O projeto de controladores de consenso robusto é posteriormente utilizado para desenvolver leis de controle que solucionam o problema de formação entre os agentes em duas propostas distintas: no caso em que a formação é relativa entre os agentes e invariante no tempo e no caso em que se pretende rastrear uma formação variante no tempo. Para o controle de formação também são consideradas as possibilidades de incertezas na topologia de comunicação e atuação de distúrbios. Por m, o projeto de controlador linear desenvolvido é aplicado em simulação robótica com um grupo de robôs móveis diferenciais do tipo Pineer P3-DX. Neste caso é necessário linearizar a dinâmica do robô a partir da técnica de linearização por realimentação de entrada-saída. Os resultados obtidos na aplicação do controle de formação multi-robôs são discutidos, destacando as principais vantagens e limitações.

O carregamento sem fio para veículos elétricos (“Electrical Vehicles” - EV)
enquanto o veículo está em movimento ganhou atenção especial como um novo serviço.
Este serviço é suportado por tecnologias de transferência de energia sem fio (“Wireless
Power Transfer” - WPT), que promovem o carregamento durante a condução (“Charging
while Drive” - CWD) por meio de indução magnética de bobinas instaladas no solo. No
entanto, o serviço também trouxe novos desafios, incluindo a segurança do sistema, que
devem ser resolvidos.
O sistema de carga CWD-WPT deve garantir a privacidade, o anonimato, a
integridade e a disponibilidade dos dados armazenados ou em trânsito pelo sistema,
sendo necessária a implementação de um controle de acesso por meio da autenticação
do usuário para garantir a segurança e privacidade dos dados. O processo de
autenticação do usuário é fundamental para o sistema de carga CWD-WPT, e os
protocolos utilizados para esta tarefa devem garantir o acesso de usuários válidos ao
sistema e resistir a ataques de segurança.
Esta tese de doutorado aborda o projeto de protocolos de autenticação e
autorização de uma estação de carregamento CWD-WDP baseada em nuvem, que
garante a segurança da informação de forma mais eficiente, na maioria dos casos, em
termos de custos de comunicação, computação e energia, em comparação a outros
protocolos publicados. Esta tese apresenta 4 (quatro) protocolos para autenticação e
controle de acesso de EVs em uma estação de carregamento CWD-WPT integrada em
uma infraestrutura VANET (“Vehicular Ad Hoc Network”) baseada em nuvem.
O 1o, 2o e 4o protocolos foram projetados com base em uma estação de
carregamento com controle centralizado, enquanto o 3o protocolo projetado com base
em uma estação de carregamento com controle descentralizado. O 1o protocolo foi
construído principalmente com o uso de criptografia baseada em emparelhamento
bilinear e cadeia de hash. O 2o protocolo é uma variante do primeiro, cujo principal
diferencial é a adoção de um novo esquema criptográfico baseado em mapas caóticos e
árvore binária para controle de acesso no sistema. Seu desempenho em relação a
métricas como custos computacionais, de comunicação e de energia é melhor do que
outros esquemas e garante a autenticação mútua entre os EVs e todas as entidades do
sistema.
Por outro lado, o 3o protocolo foi projetado em uma arquitetura de carregamento
CWD-WPT descentralizada, e os esquemas criptográficos utilizados são mapas caóticos
e cadeia de “hash”. Foi empregado “blockchain” para a criação e gerenciamento de

grupos e autenticação e controle de acesso do EV na estação de carregamento CWD-
WPT. De acordo com os resultados, o protocolo baseado em “blockchain” obteve melhor

desempenho computacional, energia e recursos de segurança em comparação com
outros protocolos.
A arquitetura do sistema considerada para o desenho do 4o protocolo possui um
esquema hierárquico segundo o qual o sistema de confiança, o blockchain e o sistema
de cobrança CWD-WPT são gerenciados na nuvem tradicional, enquanto a computação
em névoa gerencia as RSUs (“Road Side Units”) das estações de carregamento. O
protocolo usa confiança computacional para validar a forma de autenticação no sistema.

Se a confiança do usuário estiver acima de certo nível, o processo de autenticação no
sistema torna-se mais leve e rápido, sem descuidar da segurança das comunicações. A
utilização de mapas caóticos se mostrou vantajosa em termos de desempenho de
execução e tem promovido uma rápida criação de chaves de sessão e assinaturas
digitais com baixo custo computacional. Por outro lado, o blockchain fornece às redes
VANET transparência em seu funcionamento, resistência a ataques e uma validação
rápida e eficiente das credenciais do usuário no processo de autenticação para autorizar
ou negar seu acesso ao sistema. Também garante uma alta disponibilidade do serviço
devido ao seu design descentralizado.
A segurança dos protocolos propostos foi verificada analiticamente, sendo
garantidas propriedades como autenticação mútua, acordo de chaves, confidencialidade,
integridade, privacidade, sigilo direto perfeito e sigilo perfeito reverso; além disso, a
análise destaca a resistência a ataques ao sistema, como injeção, repetição (“replay”) de
mensagens, chave conhecida, negação de serviço (DoS, modelo OSI de 2-3 camadas),
Homem no meio (“Man in the Middle” – MitM), mascaramento, personificação,
desvinculabilidade (“unlinkability”), gastos duplos, resistência à adivinhação de senhas,
vazamento de números aleatórios e informações privilegiadas. Finalmente, uma
verificação formal de segurança foi realizada usando a ferramenta AVISPA.

Os eventos de clima espacial podem afetar a operação de sistemas tecnológicos modernos dos quais a humanidade depende atualmente, incluindo redes de energia elétrica, veículos espaciais, comunicação por ondas de rádio e sistemas de navegação. Portanto, qualquer nova informação que nos ajude a prever e entender melhor os fenômenos do clima espacial e seus impactos em nossa infraestrutura e serviços é do maior interesse. Nesse contexto, este manuscrito apresenta os resultados da investigação de diferentes fenômenos do clima espacial, abordando principalmente os distúrbios ionosféricos propagantes de larga escala (Large Scale Travelling Ionospheric Disturbances, LSTIDs), as subtempestades (avaliadas aqui por meio do índice de eletrojato auroral (Auroral Electrojet, AE) e os efeitos da rotação de Faraday e da cintilação na comunicação por satélite na banda UHF. Na primeira parte deste manuscrito, é realizada uma análise estatística dos LSTIDs observados em médias latitudes na região Européia durante a fase descendente do ciclo solar 24. Além disso, é apresentada uma investigação sobre os possíveis índices derivados de dados de GNSS que podem servir como precursores para a ocorrência de LSTIDs. Os resultados indicam que o índice AATR (Along Arc TEC Rate) e os gradientes ionosféricos são candidatos promissores que podem auxiliar o monitoramento em tempo real de tais distúrbios. Esse manuscrito também apresenta metodologias para prever as subtempestades e os LSTIDs usando dados de vento solar coletados no Ponto Lagrangiano L1. Para prever o índice AE, é proposto um modelo de rede neural artificial feed-forward, e os resultados sugerem que a irradiância solar pode não influenciar as estimativas. Além disso, os resultados mostraram que as informações combinadas do campo magnético interplanetário (Interplanetary Magnetic Field, IMF) e da velocidade do vento solar fornecem as melhores estimativas do índice AE. As informações do IMF são, no entanto, dominantes quando comparadas à velocidade do vento solar. Com relação aos LSTIDs, diferentes metodologias são investigadas visando permitir a previsão de tais distúrbios sobre a região europeia usando o dados de vento solar. Nesse caso, é proposto um novo modelo que, de acordo com o melhor conhecimendo do autor, é o primeiro modelo desenvolvido para a predição do nível de atividade dos LSTIDs. A última parte deste manuscrito é dedicada à investigação dos efeitos da rotação de Faraday e da cintilação ionosférica no planejamento da missão AlfaCrux, que é uma missão educacional e de rádio amador coordenada pelo Laboratório de Simulação e Controle de Sistemas Aeroespaciais da Universidade de Brasília, Brasil. Como o Brasil está localizado em uma região com alta ocorrência de bolhas e irregularidades no plasma ionosférico, a avaliação do risco de interrupção da comunicação devido à cintilação ionosférica é essencial para o planejamento e o uso eficiente do canal de comunicação. Nesse cenário, é proposta uma nova metodologia para avaliar o risco de interrupção da comunicação com base na análise de risco da teoria da decisão. A metodologia proposta pode ser útil não apenas para a missão AlfaCrux, mas para qualquer outra missão de comunicação por satélite que opere na faixa de frequência UHF. As principais contribuições da pesquisa apresentada neste manuscrito são, portanto, o aprimoramento da compreensão desses fenômenos de clima espacial e seus respectivos impactos, e o desenvolvimento de estratégias para prevê-los.

Este trabalho aborda, através do método de controle preditivo, o problema de consenso para sistemas multiagentes não lineares a tempo discreto sujeitos a topologias de comunicação chaveadas. Para sistemas multiagentes não lineares que seguem uma lei de chaveamento aleatório, não há soluções baseadas em controle preditivo que resultam em uma otimização confiável em tempo real. Nós propomos um novo algoritmo baseado em redes neurais que reduz os efeitos das deficiências de comunicação, causasdos pelo chaveamento Markoviano, aproximando e minimizando, em tempo real, a função de custo do controle preditivo. A conveniência do método proposto é certificada em simulações para diferentes cenários e aplicações. Finalmente, os passos futuros da atual pesquisa são detalhados.

O esperado crescimento de geradores fotovoltaicos distribuídos e veículos elétricos nos próximos anos traz desafios para a qualidade da energia em redes de distribuição, como o aumento potencial da distorção harmônica e desequilíbrio de tensão. Esses fenômenos têm vários efeitos indesejados nos equipamentos conectados à rede, especialmente motores de indução. No entanto, ainda não há um consenso sobre as definições corretas relacionadas à potência, como potência reativa e fator de potência (FP), bem como seus métodos de medição apropriados quando a tensão é desequilibrada ou não senoidal. Como resultado, medidores comerciais podem fornecer medidas diferentes para a mesma carga e condições de fornecimento, potencialmente levando a cobranças injustas de FP.

Este trabalho avalia definições de FP existentes e seus métodos de medição, considerando a perspectiva de
justiça para fins de faturamento em condições de tensão não senoidal e desequilibrada. Aqui, a noção de justiça
é no sentido de que o medidor (construído com base em uma definição e método de medição específicos) sob
um fornecimento não ideal deve levar a valores muito próximos aos obtidos caso estivesse submetido a tensões
senoidais equilibradas ideais. Em outras palavras, uma definição justa de FP deve depender exclusivamente
dos parâmetros da carga, não da qualidade do fornecimento. A investigação de justiça considerou simulações
computacionais com a aplicação de diferentes condições de tensão no ponto de conexão de duas cargas de
impedância constante, um motor de indução trifásico (MIT) e um conjunto desequilibrado de lâmpadas de
diodo emissor de luz (LED). Em seguida, os resultados das simulações foram examinados experimentalmente
usando uma fonte de tensão controlada, um motor de indução trifásico, uma carga mecânica (gerador DC e
um resistor configurável), um computador e um sensor de velocidade. Por fim, uma investigação analítica foi
realizada com uma carga de impedância constante.
Os resultados das simulações e experimentos mostram que uma definição de FP que leva a uma cobrança
justa para uma impedância constante equilibrada pode não proporcionar uma cobrança justa para um MIT
ou um conjunto de lâmpadas LED quando alimentado com tensões de qualidade inferior. Além disso, este
trabalho determinou as definições mais justas de FP e caracterizou a classe de seus algoritmos de medição
correspondentes para medir o FP de uma impedância constante equilibrada e um MIT submetido a uma ampla gama de tensões desequilibradas não senoidais. Para as lâmpadas LED, nenhuma das definições existentes mostrou-se independente do fornecimento de tensão. Notavelmente, apesar de ser recomendado pelo IEEE Standard 1459-2010, o fator de potência efetivo não foi uma definição adequada para as condições de fornecimento investigadas aplicadas ao MIT.

Os resultados da investigação analítica revelam que todas as definições investigadas são, na verdade, funções
não lineares do fator de desequilíbrio de tensão (VUF) e das admitâncias da carga. Em outras palavras, utilizar
essas cinco definições de FP na presença de desequilíbrios de tensão e carga pode levar a cenários de cobrança
injusta tanto para a concessionária quanto para o cliente. Também são propostos novos fatores de admitância
que podem ser utilizados para fins de faturamento, pois não dependem do desequilíbrio de tensão, mas apenas das características da carga.

O uso de conceitos da Teoria da Informação para entender redes neurais profundas tem sido amplamente explorado nos últimos anos. O framework de Aprendizagem Teórica da Informação que resultou desse uso tem sido reconhecido como uma ferramenta potencialmente importante para compreender os mecanismos de aprendizagem empregados durante o processo de treinamento de redes neurais profundas, para o estudo dos quais ainda faltam métodos teóricos e sistemáticos de análise. A utilização de medidas estatísticas derivadas da Teoria da Informação, tais como entropia e informação mútua, permitiu um melhor entendimento de como a informação flui através das referidas redes durante seu treinamento. Também possibilitou a criação de métodos sistemáticos para projetar e analisar essas redes de forma mais rigorosa, o que, por sua vez, permite a criação de arquiteturas mais eficientes e robustas. Este trabalho visa investigar a possibilidade de aplicação de um método baseado no framework supracitado para a detecção automática da dimensão do gargalo de um autocodificador convolucional, cujo objetivo é encontrar a compressão ótima para as imagens a ele apresentadas.

O uso de imagens de ressonância magnética (IMR) é amplamente difundido no diagnóstico de tumores e auxilia no tratamento de câncer. É sempre importante considerar que a qualidade das imagens obtidas é de suma importância para o diagnóstico de doenças. A Engenharia, através de linhas de pesquisa como o processamento de sinais, fornece meios de aumentar a robustez frente a interferências no processamento de imagens com ferramentas como Aprendizado Profundo. Dentro desta vertente, o uso de RNC’s, como a U-NET, alinhados ao Detecção de Compressão tem extrema valia no desenvolvimento de sistemas de diagnósticos mais acurados a doenças tão oprobriosas.

O aumento dos investimentos em todo o mundo na diversificação da matriz energética baseada em fontes renováveis de energia, trouxe a expansão da capacidade instalada da geração distribuída (GD) ao longo dos anos. No Brasil, têm-se como principais fontes de GD a geração fotovoltaica e eólica. Com a diminuição dos preços dos módulos fotovoltaicos e das Unidades de Condicionamento de Potência (UCP) para a geração da energia fotovoltaica e a aplicação de uma política energética adequada, o país tem atraído investimentos públicos e privados para o aproveitamento da energia solar. Dessa forma, o presente trabalho realiza um estudo acerca da contribuição econômica de um sistema de minigeração distribuída, a partir de uma usina fotovoltaica de 2.408 kWp, conectado a um sistema elétrico de Média Tensão, bem como avalia seus parâmetros técnicos. Após a execução de simulações computacionais utilizando o software SAM, da NREL, com a minigeração distribuída em questão, o consumidor apresentou uma redução no consumo do primeiro ano de 45,72%. Além disso, o resultado anual obtido por simulação é de 4.382.247 kWh de energia, um fator de capacidade (FC) de 20,7%, taxa de desempenho (TD) de 82%, rendimento de energia (Yf) de 1.817 kWh/kWp, custo nivelado de energia (LCOE) de R$ 0,18/kWh e um período de retorno de 4,6 anos. Por fim, após o funcionamento da usina fotovoltaica por 8 meses, de abril a novembro, obtiveram-se os seguintes indicadores reais de desempenho técnicos e econômicos nesse período: produção energética de 2.517.047 kWh, representando uma diferença de 4,73% em relação a produção energética teórica simulada nesses referidos meses de operação, um fator de capacidade (FC) de 20,35%, taxa de desempenho (TD) de 84,39%, rendimento de energia (Yf) de 1.045,29 kWh/kWp e uma redução no consumo da unidade consumidora de 45,21%.

Os sistemas de comunicação via satélite têm tido um crescimento vertiginoso nos últimos anos devido ao surgimentos e expansão de novas tecnologias que demandam cada vez mais banda. Essa constante evolução tem impulsionado a indústria no sentido de desenvolver tecnologias de comunicação com maior capilaridade, eficiência e inteligência. Pautado nesta constatação, este trabalho realiza a análise dos efeitos da atenuação devido à chuva em banda Ka no enlace de recepção da antena gateway de Brasília. Inicialmente, descreve-se a penetrabilidade do acesso à internet nas regiões do Brasil e o atual cenário das comunicações via satélite no país. É realizada a contextualização histórica dos sistemas espaciais, a descrição das órbitas e aplicações e a explanação sobre os sistemas espacial, de controle, usuário e a arquitetura do sistema SGDC, incluindo a cadeia de rastreamento e os recursos utilizados para extração e tratamento dos dados manipulados. Medidas do sinal do beacon foram obtidas por meio da gateway de Brasilia durante todo o ano de 2021 e tais medidas embasaram o desenvolvimento deste trabalho. Volumes pluviométricos mensais foram obtidos entre os anos de 2010 e 2020 foram confrontados com os volumes verificados no ano de 2021 a fim de constatar a representatividade dos dados de potência recebida do beacon obtidos para a elaboração deste trabalho. Por meio dos dados obtidos, propôs-se o valor de clear sky a partir do qual foi construída uma tabela descrevendo tempos de atenuação, número de eventos e porcentagem de tempo anual para a faixa de atenuação 1 a 30 dB. Estuda-se ainda a correlação entre a quantidade de eventos de chuva e a porcentagem de tempo em que o sinal do beacon é atenuado abaixo do nível de clear sky durante as estações do ano. Por fim, obtémse uma tabela que considera os intervalos de tempo de 30-60, 60-120, 120-300 e 300-1200 segundos, por nível de atenuação considerado. Utilizando-se desses dados, é demonstrado o comportamento temporal anual de atenuação do sinal de beacon por faixa de atenuação e é proposto um modelo matemático capaz de representar, com uma boa precisão, o intervalo de referência considerado, que é o intervalo de 30-60 segundos. Além disso, são propostos fatores de escalonamento capazes de reduzir os demais intervalos estudados, ao intervalo de referência considerado. A presente investigação propõe um modelo estatístico capaz de representar fidedignamente o comportamento anual do sinal de beacon na presença de chuva, na região de Brasilia. Os resultados comprovam a aplicabilidade e precisão do modelo proposto no dimensionamento de sistemas de radiofrequência que operam em banda Ka.

Digital Terrestrial Television (DTT) services still play an important role in Brazil in delivering media content to a large number of people. Besides the growing penetration of broadband connectivity and overthe-top services, television broadcasting is still the main platform for providing information, entertainment, and culture, especially in economically less favored regions. Furthermore, second-generation DTT systems are already internationally standardized and in operation in many countries. These new technologies provide essential enhancements such as High Definition (UHDTV) video transmissions with High Dynamic Range (HDR) and Wide Color Gamut (WCG) capabilities, immersive audio techniques, and new generations of middleware platforms, which will bring new converged broadcasting-broadband experiences to viewers. To allow the evolution of DTT services, spectrum availability should be deemed for deploying new technologies. Hence, in this work we study the current and future spectrum availability of the 174-216 MHz VHF band and 470-698 MHz UHF band in Brazil for the deployment of second-generation Digital Terrestrial Television Systems, which are being studied under the “TV 3.0 Project” initiative, coordinated by The Brazilian Digital Terrestrial Television System Forum (SBTVD Forum). Coverage simulations using the Recommendation ITU-R P.1812 were computed for all expected operating television stations, in different scenarios, to estimate the spectrum usage over the Brazilian territory. Results indicate that even after the analog TV switch-off there will be no spectrum availability in the main metropolitan regions for simulcast transmissions between the current ISDB-Tb System and the future TV 3.0. Hence, hybrid approaches should be implemented to smoothly introduce a new digital television system in Brazil.

O presente trabalho consiste no desenvolvimento de uma antena do tipo Reflectarray(RA) ativa
reconfigurável. O elemento ativo utilizado nessa antena é o diodo PIN, utilizado para o controle
da distribuição de fase do elemento irradiante, que consiste de uma estrutura planar retangular do
tipo microfita.

A antena foi desenvolvida para aplicações de comunicação via satélite operando na banda Ku,
devido à sua versatilidade, uma vez que permite o apontamento digital, otimização e conformação de feixe, por meio de diversas técnicas de beamforming (formação de feixe). A técnica de
otimização convexa é discutida e implementada para o ajuste de fase e otimização de lóbulos secundários. Essa antena pode ser utilizada tanto em satélites de baixa órbita, quanto em estações
rádio-base.

Devido às características da topologia apresentada, se faz necessário não só o desenvolvimento
de circuitos de controle microcontrolados, mas também o projeto das fontes de alimentação eficientes. Nesse sentido, uma nova abordagem para o circuito de controle é apresentada, que foi
validada por meio de um protótipo funcional.

Fazendo-se uso da possibilidade de transmissão de dados em longas distâncias, por meio
dos satélites de baixa órbita, um sistema baseado no protocolo de transmissão LoRaWAN. Esse
sistema foi projetado visando maximizar o alcance da comunicação entre dois dispositivos LoRa.

Nessa tese de doutorado, novas técnicas de criptografia, criptoanálise e de desenvolvimento de algoritmos são estudadas e propostas. Resumidamente, os seguintes resultados são alcançados: • Uma técnica denominada Análise de Difusão Contínua (CDA) é proposta. Utilizandose essa técnica é possível se estudar, desenvolver e comparar algoritmos criptográficos. Com CDA é possível generalizar tais algoritmos a partir da transformação dos bits discretos em probabilidades, de tal forma que o algoritmo é generalizado em uma função matemática contínua. A partir disso, propõe-se três novas métricas de difusão a serem utilizadas nesse novo espaço contínuo, a saber: o Fator de Avalanche Contínuo (CAF), a Métrica de Neutralidade Contínua (CNM), e o Fator de Difusão (DF). Além disso, mostra-se que essas métricas de difusão podem ser utilizadas para avaliar e comparar algoritmos criptográficos. Em particular, o Fator de Difusão pode ser usado para comparar a difusão sem a necessidade de se reduzir o número de rodadas dos algoritmos criptográficos, algo inédito até então na área de criptografia. • Um novo método para avaliar a segurança de algoritmos criptográficos em relação à criptoanálise diferencial, denominado ColoreD, é proposto. Com o ColoreD, ao invés de se considerar apenas diferenças binárias (“pretas e brancas”), passa a ser possível o uso de diferenças contínuas. Isso é possível a partir do uso das generalizações contínuas que permitem que se considere diferenças menores do que 1 bit. Adicionalmente, com o método ColoreD, propõe-se novas ferramentas tais como a Criptoanálise Diferencial Contínua (CDC). Esta ferramenta viabiliza a implementação de ataques de recuperação de chave sem a necessidade de redução do número de rodadas para algoritmos complexos. Para demonstrar a utilidade dessa proposta, utiliza-se o ferramental ColoreD para estudar e comparar os algoritmos AES e PRESENT, duas cifras de bloco bastante conhecidas. Tal análise, leva a conclusão de que o algoritmo AES é mais seguro do que o PRESENT quando se considera a criptoanálise diferencial. Em particular, demonstra-se que o algoritmo PRESENT necessitaria de ao menos 37 rounds para atingir a mesma margem de segurança do AES. Finalmente, aplicando-se o CDC, é proposto um ataque capaz de recuperar chave desses algoritmos, a partir do uso de suas generalizações contínuas e de pares de entradas com diferenças bem pequenas. Novas técnicas de criptoanálise contra algoritmos do tipo ARX são propostas. Primeiramente, uma nova forma de se gerar aproximações lineares é apresentada. Com tal técnica, demonstra-se ser possível encontrar aproximações lineares mais eficientes em cifras tipo ARX. Com tal técnica, propõe-se as primeiras aproximações lineares explicitamente derivadas para 3 e 4 rounds da cifra de fluxo ChaCha. Como consequência, novos ataques contra o ChaCha são apresentados, sendo possível reduzir a complexidade dos ataques para 2 51 e 2 224 bits de complexidade, contra 6 e 7 rodadas da cifra ChaCha, respectivamente. Adicionalmente, propõe-se uma nova técnica denominada Expansões Lineares Bidirecionais (BLE), capaz de aumentar a eficácia de distinguishers do tipo linear-diferencial. Usando a BLE, apresenta-se os primeiros distinguishers da literatura alcançando 7 e 8 rounds do algoritmo Salsa20 com complexidades de 2 108.98 e 2 215.62, respectivamente. Finalmente, demonstra-se que usando os novos diferenciais obtidos via BLE, é possível melhorar ataques de recuperação de chave do tipo Probabilistic Neutral Bits (PNB) contra 7 e 8 rodadas do algoritmo Salsa20, obtendo complexidades de 2 122.63 e 2 219.56, respectivamente. • Novas cifras de fluxo são propostas. Primeiramente, demonstra-se que é possível aplicar uma alteração bastante simples no algoritmo ChaCha, apenas pela alteração dos parâmetros de rotações na função de quarto de round (QRF), tornando o ChaCha mais seguro contra todos os ataques conhecidos sem perda de performance. De fato, com tais mudanças, deixa de ser possível quebrar 7 rounds do ChaCha, restando apenas ataques contra 6 rounds. Na sequência, a cifra Forró é proposta. Demonstra-se que o algoritmo Forró é capaz de atingir segurança maior do que a do ChaCha mesmo aplicando uma menor quantidade de operações matemáticas. Assim, conclui-se que 5 rounds do Forró é tão seguro quanto 7 rounds do ChaCha e que o algoritmo Forró é mais eficiente quando implementado em diversos tipos de processadores.

Ecossistemas, assentamentos e vidas humanas são colocados em risco por incêndios florestais todos os anos, impactando a economia e o desenvolvimento socioeconômico. O Distrito Federal brasileiro, inserido no bioma Cerrado, vem apresentando um aumento desses fenômenos. No entanto, poucos estudos foram realizados na região. Vários modelos têm sido propostos mundialmente para a previsão da ocorrência e comportamento do fogo, permitindo a identificação dos fatores que os favorecem, os riscos e pós-efeitos. A aplicação direta de tais modelos na região do Distrito Federal é desafiadora devido às diferenças nas fontes de dados, características geográficas das regiões e indisponibilidade de dados em alguns casos. Por outro lado, o uso de tecnologias de informação e comunicação e a ampla disseminação de equipamentos eletrônicos (por exemplo, redes de sensores e terminais celulares) são essenciais para o tratamento adequado de grandes volumes de dados com valor substancial para o desenvolvimento de cidades inteligentes. Particularmente, os dados ambientais de cidades inteligentes podem enriquecer os estudos sobre incêndios florestais. No entanto, propostas recentes têm enfrentado a mesma desvantagem, pois os dados são incompletos, seguem diferentes formatos de representação e até possuem diferentes conotações semânticas. A heterogeneidade de objetos inteligentes conectados à Internet (ou seja, interfaces de rede, protocolos de comunicação, estrutura de dados, precisão de aquisição e semântica de dados) tem causado problemas de interoperabilidade, dificultando a eficácia dos sistemas de apoio à decisão intimamente relacionados à qualidade dos dados. A aplicação de algoritmos de big data e aprendizado de máquina para melhorar os processos relacionados a cidades inteligentes são alguns dos exemplos impactados negativamente pela falta de padrões. As soluções para cidades inteligentes devem garantir a interoperabilidade desde a captura de dados até a extração e visualização do conhecimento por meio de tecnologias como Web Semântica e ontologias. Além disso, os componentes envolvidos devem incluir dispositivos IoT, gateways, cloud e fog computing para uma melhor aplicação das técnicas de análise de dados. Nesse sentido, esta tese propõe uma plataforma de cidade inteligente para monitoramento da qualidade ambiental baseada em tecnologias semânticas e ontologias, possibilitando um sistema de coleta e compartilhamento de dados multidefinição e multiprotocolo. Ele também apresenta uma metodologia para a extração de insights sobre os dados coletados e um mecanismo para cálculos baseados em nuvem e neblina. Além disso, são propostas ontologias para a representação semântica e definição do esquema de armazenamento considerando cidade inteligente, internet das coisas florestais (IoFT) e terminologia relacionada ao fogo. Um conjunto de dados foi compilado a partir de dados abertos governamentais brasileiros para a previsão do comportamento de incêndios florestais e usado para o treinamento de vários modelos de Machine Learning que consideram o ponto de ignição do fogo para prever as áreas que serão impactadas. Inclui observações sobre características climáticas de 5 estações de monitoramento e dados de satélite sobre incêndios ocorridos nas últimas duas décadas e foi enriquecido com outras características topográficas, hidrográficas e antropogênicas, como índice de urbanização, distância a rios/estradas e vegetação de diferença normalizada Índice (NDVI). Como resultado, a plataforma de monitoramento ambiental foi desenvolvida e testada quanto à previsão de propagação e comportamento de incêndios florestais em um momento específico e/ou em regiões específicas para auxiliar os órgãos de gestão de incêndios a minimizar os danos causados. Tal estudo de caso mostrou a aplicação do aprendizado de máquina como o principal fator para melhorar os estudos de risco e comportamento de incêndio, impactando diretamente na sustentabilidade dos ecossistemas e promovendo diversas melhorias no estudo de incêndios na região do Distrito Federal.