31jul2026
09:00 Defesa de Mestrado Por videoconferência
Tema
Proposta e Avaliação de uma Arquitetura de Software para um Gêmeo Digital de um Campus Inteligente
Aluno
Alvaro Martín Aspilcueta Narvaez
Orientador / Docente
Juliana Freitag Borin
Breve resumo
Os Gêmeos Digitais (Digital Twins - DTs) vêm ganhando atenção tanto na academia quanto na indústria devido à sua capacidade de replicar entidades físicas em ambientes virtuais, possibilitando sincronização e transmissão de dados entre os domínios real e virtual. Eles oferecem redução de custos, mitigação de riscos e otimização de processos ao permitir simulações de cenários hipotéticos (what-if scenarios) e previsões. Isso os torna adequados para aprimorar serviços e otimizar a utilização de recursos em Cidades Inteligentes.
Entretanto, implantações em escala urbana enfrentam desafios relacionados à complexidade da infraestrutura e às restrições legais. Nesse contexto, o Campus Inteligente de uma universidade surge como um ambiente promissor para experimentação de projetos que posteriormente podem ser escalados para nível urbano. O Estacionamento Inteligente foi selecionado como caso de uso devido à existência de um sistema de estacionamento baseado em visão computacional em operação no Instituto de Computação, o qual pode ser evoluído para um Gêmeo Digital.
Diversas soluções de Estacionamento Inteligente têm sido propostas, utilizando tecnologias, decisões arquiteturais e objetivos de pesquisa bastante heterogêneos. Apesar disso, tais soluções abordam apenas parcialmente a interoperabilidade, considerada um dos principais obstáculos para a adoção de DTs. Além disso, a implementação de simulações de cenários hipotéticos ainda é pouco explorada, embora represente uma característica fundamental dos DTs. Esses aspectos parecem ser negligenciados devido à ausência de uma concepção mais ampla de DT, que em alguns casos é reduzido meramente a uma representação tridimensional. Ademais, os objetivos das pesquisas variam desde aplicações orientadas ao usuário até otimizações voltadas ao sistema. As principais lacunas identificadas nas soluções de Estacionamento Inteligente estão relacionadas à interoperabilidade, à simulação de cenários hipotéticos e à ausência de avaliações experimentais de estratégias de implantação distribuída e análise de escalabilidade de infraestruturas de DT.
Esta dissertação aborda essas lacunas por meio da proposição e avaliação experimental de uma arquitetura de Gêmeo Digital baseada em FIWARE para Estacionamento Inteligente, integrando interoperabilidade semântica baseada em NGSI-LD, simulação de cenários hipotéticos orientada por dados reais, estratégias de implantação distribuída para inferência de detecção veicular baseada em visão computacional e análise operacional abrangente da infraestrutura do DT em múltiplos paradigmas computacionais, como mist, edge, fog e cloud.
Foi adotado um planejamento fatorial para avaliar o impacto sobre o DT sob diferentes estratégias de implantação, níveis de carga de trabalho e padrões de tráfego. Os resultados experimentais foram analisados utilizando abordagens estatísticas paramétricas e não paramétricas, como ANOVA de três fatores e ANOVA baseada em Aligned Rank Transform (ART).
Os resultados demonstraram que a intensidade da carga de trabalho e a arquitetura de implantação são os principais fatores que afetam o comportamento da infraestrutura, enquanto as variações de tráfego apresentam impacto operacional limitado. Além disso, as implantações em edge e fog apresentaram o melhor equilíbrio entre escalabilidade e estabilidade operacional, enquanto a CPU foi identificada como a principal restrição de escalabilidade da infraestrutura do DT.
Banca examinadora
Titulares:
| Juliana Freitag Borin | IC/UNICAMP |
| Breno Bernard Nicolau de França | IC/UNICAMP |
| Marcio Seiji Oyamada | UNIOESTE |
Suplentes:
| Bruno Barbieri de Pontes Cafeo | IC/UNICAMP |
| Daniel Macêdo Batista | IME/USP |