Sistema operacional para residências inteligentes baseado em análise comportamental com suporte à interação natural

A possibilidade de embarcar um software que demanda um poder de processamento maior em circuitos com tamanho bem reduzido, fomenta o surgimento de dispositivos mais inteligentes em uma diversidade de áreas. A popularização desta tecnologia mostra indícios de que é factível possuirmos residências verdadeiramente inteligentes em alguns anos. Contudo, existem alguns aspectos desafiadores, onde é preciso lidar com a dificuldade de interoperabilidade entre os dispositivos heterogêneos, com a complexidade de abstração de hardware, com a dificuldade de gerir uma massa de dados que pode ser produzida no ambiente, bem como interagir utilizando controles complexos. Entretanto, ainda que os aspectos supracitados fossem solucionados, seria necessário desenvolver ferramentas capazes de gerenciar os eventos disparados tanto pelos usuários quanto pelo próprio ambiente, provendo suporte à interação natural, sob uma perspectiva de aprendizado contextual. Deste modo, o objetivo principal desta tese é propor e validar uma arquitetura de Sistema Operacional (SO) para Internet das Coisas (Internet of Things (IoT)) com enfoque no ambiente residencial, onde a interação natural é um requisito fundamental. A proposta tem como finalidade abstrair a camada de hardware, provendo subsídios para auxiliar o desenvolvimento de aplicações no âmbito residencial. Como forma de validar a arquitetura proposta, foi desenvolvido um protótipo de SO, no intuito de averiguar a harmonia entre os componentes e principalmente o atendimento aos requisitos levantados através da literatura. Para tanto, foram elaborados estudos de caso, onde foi possível observar de qual modo os requisitos foram tratados e, posteriormente, foi mensurado quantitativamente cada requisito, a fim de estabelecer métricas que podem ser utilizadas como referências em futuras implantações. Portanto, a principal contribuição desta pesquisa é a arquitetura de SO para IoT; além desta, destaca-se ainda o protótipo funcional de um SO para residências, o qual denominamos de VoxarHomeOS. Através da experimentação do protótipo, foi possível observar o comportamento dos componentes da arquitetura resultando em evidências que indicam que a arquitetura proposta é capaz de suprir os requisitos de interoperabilidade, escalabilidade, extensibilidade, descoberta em rede, sensibilidade ao contexto, análise de dados e, principalmente, interação natural. Em comparação com os trabalhos relacionados, se considerarmos este conjunto de requisitos, podemos inferir que o presente trabalho apresenta-se como uma evolução do estado da arte, visto que além de atender aos requisitos, fornece ao habitante mecanismos para definir gestos, comandos de voz para interagir com o ambiente, bem como consegue aprender a partir dos dados do ambiente.The ability of embedding software that demands a greater processing power in smaller circuits encourages the emergence of smarter devices in a variety of areas. The spread of this technology shows signs that it is feasible to actually have smart homes in a few years. However, there are still challenges, and it is necessary to develop solutions that deal with difficulties related to interoperability between heterogeneous devices; With the complexity of hardware abstraction; With the difficulty of managing of big data that can be produced in the environment, besides being able to interact without using complex controls. However, if these challenges were solved, it would still be necessary to develop tools capable of managing the events triggered by the users or by the environment itself, considering the support to the natural interaction, from a perspective of contextual learning. Therefore, the main goal of this work is to propose and validate an Operating System architecture for Internet of Things with a focus on the Smart Homes, where natural interaction is a requirement. The proposed architecture aims to abstract the hardware layer, providing tools to guide the development of applications in the residential scope. An Operating System prototype was developed to validate the proposed architecture, aiming to investigate the conformity between the components of the architecture and to contemplate the requirements identified in the state of the art. For this purpose, case studies were developed, where it was possible to observe in which way the requirements were considered and, subsequently, each requirement was quantitatively measured, with the goal of establishing metrics that can be used as reference models in future work. Therefore, the main contribution of this research was the architecture of Operating System for Internet of Things, as well as high-fidelity prototypes of an Operating System for Smart Homes, called VoxarHomeOS. Through the case studies, it was possible to analyze the behavior of the architecture components, highlighting evidence indicating that the proposed architecture suited the requirements of interoperability, scalability, extensibility, network discovery, context sensitivity, data analysis and, natural interaction. Considering these requirements and comparing them with the related works, we can indicate that the present work presents itself as an evolution of the state of the art, Whereas in addition to complying with the requirements, it provides users with mechanisms to define gestures, voice commands to interact with the environment, as well as learn from the data of the residential environment