AO DE MESTRADO OBTIDA POR Alex Luiz de Sousa UM SISTEMA DE APOIO ` A TOMADA DE DECIS ˜ AO PARA O MONITORAMENTO REMOTO DE CENTRAIS DE ALARMES PATRIMONIAIS

(1)

CENTRO DE CIˆ

ENCIAS TECNOL ´

OGICAS - CCT

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA EL´

ETRICA - DEE

PROGRAMA DE P ÓS-GRADUA ¸C ÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA - PPGEL

Forma¸c˜ao: Mestrado em Engenharia El´etrica

DISSERTA ¸

C ˜

AO DE MESTRADO OBTIDA POR

Alex Luiz de Sousa

UM SISTEMA DE APOIO `

A TOMADA DE DECIS ˜

AO PARA

O MONITORAMENTO REMOTO DE CENTRAIS DE

ALARMES PATRIMONIAIS

(2)

(3)

CENTRO DE CIˆ

ENCIAS TECNOL ´

OGICAS - CCT

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA EL´

ETRICA - DEE

Forma¸c˜ao: Mestrado em Engenharia El´etrica

DISSERTA ¸

C ˜

AO DE MESTRADO OBTIDA POR

Alex Luiz de Sousa

UM SISTEMA DE APOIO `

A TOMADA DE DECIS ˜

AO PARA

O MONITORAMENTO REMOTO DE CENTRAIS DE

ALARMES PATRIMONIAIS

Apresentada em 31/08/2009 perante a Banca Examinadora:

Dr. Andr´e Bittencourt Leal - CCT/UDESC (Presidente)

Dr. Claudio Cesar de S´a - CCT/UDESC (Co-orientador)

Dr. Luis Carlos Erpen de Bona - INF/UFPR

Dr. Ademir Nied - CCT/UDESC

Dr. Maur´ıcio Aronne Pillon - CCT/UDESC

(4)

CENTRO DE CIˆ

ENCIAS TECNOL ´

OGICAS - CCT

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA EL´

ETRICA - DEE

DISSERTA ¸

C ˜

AO DE MESTRADO

Mestrando: ALEX LUIZ DE SOUSA

Orientador: Prof. Dr. ANDR´

E BITTENCOURT LEAL

Co-orientador: Prof. Dr. CLAUDIO CESAR DE S ´

A

CCT/UDESC - JOINVILLE

UM SISTEMA DE APOIO `

A TOMADA DE DECIS ˜

AO PARA

O MONITORAMENTO REMOTO DE CENTRAIS DE

ALARMES PATRIMONIAIS

Disserta¸c˜ao apresentada para a obten¸c˜ao do

t´ıtulo de Mestre em Engenharia El´etrica da

Uni-versidade do Estado de Santa Catarina, Centro

de Ciˆencias Tecnol´ogicas - CCT, orientada pelo

Prof. Dr. Andr´e Bittencourt Leal

(5)

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA EL´ETRICA - DEE

“Um Sistema de Apoio `

a Tomada de Decis˜

ao para o

Monitoramento Remoto de Centrais de Alarmes

Patrimoniais”

por

Alex Luiz de Sousa

Esta disserta¸c˜ao foi julgada adequada para a obten¸c˜ao do t´ıtulo de

MESTRE EM ENGENHARIA EL´

ETRICA

na área de concentra¸cão “Automa¸cão de Sistemas”, e aprovada em sua forma final pelo

Curso de Mestrado em Engenharia El´

etrica

do Centro de Ciˆ

encias Tecnol´

ogicas da

Universidade do Estado de Santa Catarina

Banca Examinadora:

—————————————————— ——————————————————

Dr. Andr´e Bittencourt Leal (Presidente) Dr. Luis Carlos Erpen de Bona (UFPR)

—————————————————— ——————————————————

Dr. Claudio Cesar de S´a (Co-orientador) Dr. Ademir Nied (UDESC)

—————————————————— ——————————————————

(6)

NOME:

SOUSA, Alex Luiz de

DATA DEFESA:

31/08/2009

LOCAL:

Joinville, CCT/UDESC

N´IVEL:

Mestrado

N´

umero de Ordem:17 - CCT/UDESC

FORMA ¸

C ˜

AO:

Engenharia El´etrica

´

AREA DE CONCENTRA ¸

C ˜

AO:

Automa¸c˜ao de Sistemas

T´ITULO:

Um Sistema de Apoio `a Tomada de Decis˜ao para o

Monitoramento Remoto de Centrais de Alarmes Patrimoniais

PALAVRAS - CHAVE:

Autˆomatos Finitos, Inteligˆencia Artificial,

Monitoramento Remoto, Seguran¸ca Patrimonial

N ´

UMERO DE P´

AGINAS:

xii, 128p

CENTRO/UNIVERSIDADE: CCT/UDESC

PROGRAMA: P´

os-gradua¸c˜

ao em Engenharia El´

etrica

CADASTRO CAPES:

41002016012P0

ORIENTADOR:

Dr. Andr´e Bittencourt Leal

PRESIDENTE DA BANCA:

Dr. Andr´e Bittencourt Leal

MEMBROS DA BANCA:

Dr. Claudio Cesar de S´a,

Dr. Luis Carlos Erpen de Bona,

Dr. Maur´ıcio Aronne Pillon,

Dr. Ademir Nied,

(7)

(8)

`

A minha esposa Patr´ıcia que, pelo carinho, paciˆencia e compreens˜ao, muito me ajudou a conquistar mais esta etapa de minha vida.

`

A minha fam´ılia, pelo apoio e incentivo em todos os momentos.

Aos professores Ricardo Ferreira Martins, André Bittencourt Leal e Claudio Cesar de Sá, pelas orienta¸cões e pelos direcionamentos.

Aos alunos Lucas Pauli Sim˜oes e Monique Madeira Pereira, pela parceria e disposi¸c˜ao.

`

As empresas ViawebSystem e Innovanet, pela colabora¸c˜ao ao trabalho com a doa¸c˜ao de equipamentos.

`

A UDESC, pelas oportunidades durante toda a minha forma¸c˜ao acadˆemica.

A todas as pessoas que de alguma forma me incentivaram ou contribu´ıram para a realiza¸c˜ao deste trabalho.

(9)

Resumo

Este trabalho apresenta um protótipo de Sistema de Monitoramento de Centrais de Alarmes Patrimoniais (SMCAPs) com recursos de apoio à tomada de decisão. Um for-malismo baseado em Autômatos Finitos Determin´ısticos (AFDs) foi definido, a fim de modelar o comportamento de Sistemas Eletrônicos de Seguran¸ca (SESs) para constituir a base do SMCAP. As plantas genéricas, que são os autômatos que representam o com-portamento dos SESs, incluem uma palavra de sa´ıda associada às transi¸cões que é gerada sempre a cada nova evolu¸cão da planta de um dado SES monitorado. As sa´ıdas, que constituem informa¸cões sobre as ocorrências de alarme, são combinadas com informa¸cões sobre a topologia f´ısica do local monitorado, de modo que esta combina¸cão irá compor um novo caso para fins de classifica¸cão. O sistema também utiliza indu¸cão de Árvores de Decisão e Racioc´ınio Baseado em Casos (RBC) como técnicas de Inteligência Artificial para o apoio à tomada de decisão. Um novo caso é processado primeiramente por uma árvore de decisão, gerada com base em um padrão de treinamento dinâmico, definido de acordo com a visão de um especialista de seguran¸ca patrimonial, a fim de indicar uma determinada classe para o novo caso. A classe corresponde a um ´ındice de uma decisão que deve ser apresentada para o usuário, assim como a sua respectiva estratégia de a¸cão. Se um caso não pôde ser classificado, devido a falta de regras não previstas pelo espe-cialista no padrão de treinamento, a técnica de RBC deverá buscar o caso mais similar armazenado na base de dados para adaptar como solu¸cão para o problema. Por fim, uma nova regra é inserida no padrão de treinamento para contribuir com o refinamento de uma nova árvore de decisão gerada pelo sistema. A modelagem do sistema é baseada nos conhecimentos gerais adquiridos sobre o contexto e nos conhecimentos espec´ıficos de um especialista da área de seguran¸ca patrimonial.

(10)

Abstract

This paper presents a prototype System of Central Alarm Monitoring Patrimonial (SMCAPs) with resources to support decision making. A formalism based on Deterministic Finite Automata (DFAs) was defined to model the behavior of Electronic Security Systems (SESs) to compose the basis of SMCAP. The generic plants, which are the automata representing the behavior of SESs, include an output word associated with the transitions that are always generated for each new development of the plant of a given monitored SES. The outputs, which provide information on the alarm occurrences, are combined with information on the physical topology of the monitored place in order to compose a new case for purposes of classification. The system uses the induction of Decision Trees and Case-Based Reasoning (CBR) as techniques of artificial intelligence to support decision-making system. A new case is processed first by a decision tree generated based on a pattern of dynamic training defined by a security specialist, to indicate a particular class for the new case. The class is an index of a decision to be presented to the user as well as its strategy of action. If a case could not be classified, due to lack of rules not provided by the specialist in training pattern, the technique of CBR should seek the most similar case stored in the database to compose a solution to the problem. Finally, a new rule is inserted in the standard training for contribute to the refinement of a new decision-tree generated by the system. The modeling system is based on knowledge acquired on the context and on the expertise of a specialist from the private security area.

(11)

Sum´

ario

Lista de Figuras viii

Lista de Tabelas x

1 Introdu¸c˜ao 1

1.1 Motiva¸c˜ao e Contextualiza¸c˜ao . . . 1

1.2 Objetivo Geral . . . 5

1.3 Objetivos Espec´ıficos . . . 5

1.4 Contribui¸c˜oes . . . 6

1.5 Organiza¸c˜ao . . . 7

2 Monitoramento de Alarmes Patrimoniais 8 2.1 Classifica¸c˜ao e Caracteriza¸c˜ao do Problema . . . 8

2.2 Hist´orico da Seguran¸ca . . . 12

2.2.1 Seguran¸ca Privada . . . 13

2.2.2 Vigilˆancia Patrimonial . . . 15

2.3 Sistemas Eletrˆonicos de Seguran¸ca - SESs . . . 16

2.3.1 Sensores . . . 18

2.3.2 Centrais de Alarmes . . . 27

(12)

2.3.4 Protocolo Contact ID . . . 31

2.4 Conclus˜oes do Cap´ıtulo . . . 36

3 Projeto de um SMCAP 38 3.1 Modelagem Comportamental do SMCAP . . . 38

3.1.1 Autˆomatos Finitos Determin´ısticos - AFDs . . . 39

3.1.2 Representa¸c˜ao de um Sensor . . . 43

3.1.3 Campos de uma Mensagem em Contact ID . . . 43

3.1.4 Representa¸c˜ao de uma Central de Alarmes . . . 44

3.1.5 Modelagem de uma Planta Gen´erica . . . 45

3.2 Modelagem do Apoio `a Tomada de Decis˜ao . . . 50

3.2.1 T´ecnicas de Inteligˆencia Artificial . . . 51

3.2.2 Abstra¸c˜ao Comportamental e Complementar . . . 59

3.2.3 Processo de Classifica¸c˜ao dos Dados . . . 63

3.2.4 Constru¸c˜ao do Padr˜ao de Treinamento . . . 63

3.2.5 Transforma¸c˜ao dos Dados em Casos . . . 65

3.3 Composi¸c˜ao do Sistema . . . 68

4 Desenvolvimento do Prot´otipo 71 4.1 Desenvolvimento da Base do SMCAP . . . 71

4.1.1 Gerenciamento da Comunica¸c˜ao . . . 72

4.1.2 Estrutura das Plantas Gen´ericas . . . 73

(13)

4.2 Desenvolvimento da Ferramenta de Decis˜ao . . . 77

4.2.1 Implementa¸c˜ao do Algor´ıtimo de Indu¸c˜ao . . . 78

4.2.2 O Compilador de ´Arvores de Decis˜ao . . . 80

4.2.3 Funcionamento do Classificador . . . 81

4.2.4 Descri¸cão dos Casos e Estratégias de A¸cão . . . 82

4.2.5 Implementa¸c˜ao do RBC . . . 84

4.3 Interfaces do SMCAP . . . 87

5 Valida¸c˜ao e Testes 92 5.1 Recursos Utilizados nos Experimentos . . . 92

5.2 Testes com o Classificador . . . 95

5.3 Testes de Generaliza¸c˜ao de Regras . . . 103

5.4 Testes com o RBC . . . 107

5.5 Teste da Planta Gen´erica . . . 110

5.6 Teste de Escalabilidade . . . 111

5.7 Considera¸c˜oes Sobre a Usabilidade . . . 112

6 Conclus˜oes 116 6.1 Trabalhos Futuros . . . 120

(14)

Lista de Figuras

2.1 Fun¸c˜oes b´asicas de um SES. . . 17

2.2 Vista superior da ´area de cobertura de um sensor IVP. . . 20

2.3 Vista lateral da ´area de cobertura de um sensor IVP. . . 21

2.4 Sensor magn´etico de embutir. . . 21

2.5 Condi¸c˜ao normal de um detector de fuma¸ca fotoel´etrico. . . 24

2.6 Condi¸c˜ao de alerta de um detector de fuma¸ca fotoel´etrico. . . 24

2.7 Funcionamento de um sensor IVA. . . 26

2.8 Conex˜oes t´ıpicas de uma central de alarmes. . . 28

2.9 Processo de comunica¸c˜ao de um SES. . . 30

2.10 Composi¸c˜ao do Handshake. . . 34

2.11 Kissoff tone. . . 34

2.12 Message blocks. . . 35

2.13 Tempo de valida¸c˜ao da mensagem. . . 36

3.1 Representa¸cão gráfica de um autômato. . . 42

3.2 Distribui¸c˜ao de zonas por ´areas em uma topologia f´ısica. . . 45

3.3 Modelo de uma planta gen´erica G3. . . 46

3.4 Exemplo de uma rede neural. . . 52

(15)

3.6 Ciclo de vida da solu¸c˜ao de um caso com RBC. . . 58

3.7 Cen´ario com ´areas cont´ıguas. . . 61

3.8 Um cen´ario com os respectivos tipos de ´areas. . . 62

3.9 Determina¸c˜ao da importˆancia dos descritores. . . 67

3.10 Vis˜ao geral da composi¸c˜ao do sistema. . . 69

4.1 Processo de classifica¸cão com indu¸cão de árvores de decisão. . . 78

4.2 Pr´e-processamento de informa¸c˜oes para o classificador. . . 82

4.3 Constitui¸c˜ao da base de casos. . . 85

4.4 Area de trabalho do SMCAP. . . 88´

4.5 Visualiza¸c˜ao gr´afica de uma planta no sistema. . . 88

4.6 Interface do algoritmo de indu¸c˜ao. . . 89

5.1 T´ıpico cen´ario de aplica¸c˜ao de um SES. . . 94

5.2 Central de alarmes virtual. . . 94

5.3 Primeiro cen´ario de testes. . . 95

5.4 Segundo cen´ario de testes. . . 100

5.5 Terceiro cen´ario de testes. . . 103

5.6 Cadastro de clientes. . . 113

5.7 Cadastro de equipamentos. . . 113

(16)

Lista de Tabelas

2.1 Protocolos de comunica¸c˜ao para os SESs . . . 30

2.2 Pares de tons DTMF e respectivos valores utilizados pelo Contact ID . . . 32

3.1 Conjunto de estado de uma planta G3. . . 47

3.2 Rela¸c˜ao de proximidade entre ´areas . . . 60

3.3 Padr˜ao de treinamento utilizado no classificador. . . 64

3.4 Pesos dos descritores para o c´alculo de similaridade global. . . 66

4.1 Exemplo de c´alculo de similaridade entre os casos X e Y. . . 86

5.1 Equipamentos utilizados nos testes. . . 93

5.2 Caracter´ısticas do projeto de seguran¸ca para o primeiro cen´ario de testes. . 96

5.3 Rela¸cão de contiguidade entre as áreas do primeiro cenário. . . 97

5.4 Regras iniciais para o padr˜ao de treinamento. . . 97

5.5 Regras diretas adicionadas ao padr˜ao de treinamento. . . 99

5.6 Caracter´ısticas do projeto de seguran¸ca para o segundo cen´ario. . . 100

5.7 Nova regra espec´ıfica para compor o padr˜ao de treinamento. . . 101

5.8 Caracter´ısticas do projeto de seguran¸ca para o terceiro cen´ario de testes. . 104

5.9 Rela¸cão de contiguidade entre as áreas do terceiro cenário. . . 104

5.10 Novas regras para o padr˜ao de treinamento. . . 105

(17)

5.12 Nova regra inclu´ıda no padr˜ao de treinamento. . . 108

5.13 Resultados de alguns testes realizados com o RBC. . . 109

(18)

Lista de Abreviaturas

Termo Significado

3G 3rd Generation

ABNT Associa¸cão Brasileira de Normas Técnicas ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line AES Advanced Encryption Standard AFD Autômato Finito Determin´ıstico BD Banco de Dados

CPU Central Processing Unit DLL Dynamic-Link Library DSP Digital Signal Processing DTMF Dual Tone MultiFrequential GPS General Packet Radio Service HFC Hibrid-Fiber Coaxial

IA Inteligˆencia Artificial ID3 Iterative Dichotomiser 3

IDE Integrated Development Environment IDS Intrusion Detection System

IP Internet Protocol IVA Infra-Vermelho Ativo IVL Infra-Vermelho Longo IVP Infra-Vermelho Passivo LCD Liquid Crystal Display MLP MultiLayer Perceptron N.C. Normally-Close

PNG Portable Network Graphics RBC Racioc´ınio Baseado em Casos RNA Rede Neural Artificial

SED Sistema a Eventos Discretos SES Sistema Eletrˆonico de Seguran¸ca

SGBD Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados SIA Security Industry Association

SMCAP Sistema de Monitoramento de Centrais de Alarme Patrimoniais SMS Short Message Service

SSP Secretaria de Seguran¸ca P´ublica TCP Transmission Control Protocol TDF Tomada de Decis˜ao Final

(19)

1 Introdu¸

c˜

ao

Este cap´ıtulo discute a problemática das empresas de vigilância patrimonial, um ramo da Seguran¸ca Privada que recentemente vem fazendo uso da Internet para a comunica¸cão de sistemas remotos. Esta problemática está relacionada com a falta de ferramentas nos sistemas de monitoramento atuais, para auxiliar o usuário nos processos de tomada de decisão. As próximas se¸cões apresentam a motiva¸cão e contextualiza¸cão, juntamente com o objetivo geral e os objetivos espec´ıficos deste trabalho.

1.1 Motiva¸c˜

ao e Contextualiza¸c˜

ao

O crescimento e populariza¸cão da Internet proporcionaram um novo meio de comu-nica¸cão para o desenvolvimento de diversos tipos de sistemas remotos, ou seja, sistemas que podem executar tarefas a longas distâncias (p. ex.: aquisi¸cão de informa¸cões, ou atua¸cão/controle). Estes sistemas são amplamente utilizados nas áreas da engenharia (TOOSI et al., 2006), (NELSON; FITZGERALD, 1997), (CRUZ et al., 2004), (WATA-NABE, 2008) e em outras áreas do conhecimento (NEILD et al., 2004), (BALOGH et al., 2007). Atualmente, existem várias tecnologias que se propõem a fornecer conectividade para o acesso à Internet de alta velocidade. Além disso, dependendo das particularidades regionais, são encontrados meios de transmissão e acesso a dados tais como: ADSL1

, r´a-dio, HFC2

, sat´elite e 3G3

. Essa facilidade, de transmitir e receber informa¸c˜oes entre locais

1

Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) é uma tecnologia que permite rápida transmissão de dados através de linhas telefônicas.

2

Hybrid Fiber-Coaxial (HFC) é uma tecnologia de transmissão de dados que combina fibra óptica com cabo coaxial (p. ex.: infraestrutura cabeada das TVs por assinatura).

3

(20)

geograficamente distantes, possibilitou o emprego de sistemas remotos por intermédio da Internet, sem a necessidade de grandes investimentos em infraestrutura de comunica¸cão. Segundo Ranieri (2007), a mesma tecnologia utilizada na Internet pode ser usada para mo-nitorar múltiplos locais que têm sua própria rede de dados, e a comunica¸cão pode fornecer um alto n´ıvel de supervisão em tempo integral. Mas segundo Watanabe (2008), a utili-za¸cão do meio de comunica¸cão depende muito da aplica¸cão, pois cada sistema apresenta necessidades diferentes como velocidade, mobilidade ou volume de informa¸cões transmi-tidas. No entanto, tecnologias de banda larga mais comuns, como é o caso da ADSL, rádio ou HFC, vêm demonstrando bons desempenhos associados à velocidade e volume de informa¸cões, além de possu´ırem pre¸cos mais acess´ıveis para grande parte da sociedade.

(21)

Segundo Couto (1995), a falha humana é uma grande preocupa¸cão em qualquer área de trabalho. Nos sistemas de monitoramento, erros de percep¸cão, erros de decisão e erros de a¸cão podem ser resultados de falha humana. Estes erros são causados principalmente por tentativas de solu¸cões ou decisões equivocadas, negligência ou incompetência, erros pelo desvio de uma norma existente, ou pelo excesso de est´ımulos interpretados por uma mesma pessoa. Para o contexto da vigilância patrimonial, um exemplo de excesso de est´ımulos é a exibi¸cão simultânea de várias mensagens de alarme num sistema de mo-nitoramento remoto. Em pesquisa realizada junto às empresas do ramo, na cidade de Joinville/SC, constatou-se que a falta de bons SMCAPs é uma das maiores carências do setor4. Entretanto, como é facultado às empresas do ramo a cria¸cão do seu próprio plane-jamento de seguran¸ca (BRASIL, 1994), existe uma dificuldade em consolidar um estudo sistemático sobre a forma com que as empresas prestadoras de servi¸cos de vigilância patri-monial atuam. Além disso, o acesso a algumas informa¸cões expõe vulnerabilidades sobre os servi¸cos que são prestados. Por exemplo, revelar procedimentos de seguran¸ca (tempo de atendimento, a¸cões tomadas pelos profissionais de seguran¸ca), revelar o comportamento dos clientes (horários em que o alarme fica ativado/desativado). Assim, geralmente algu-mas empresas desenvolvem solu¸cões isoladas, baseadas em seu próprio planejamento de seguran¸ca, sem refletir as reais necessidades do setor como um todo. Desta forma, são concebidas solu¸cões paliativas que, por falta de um projeto consistente de sistema, não disponibilizam informa¸cões precisas e pontuais para auxiliar no processo de tomada de decisão.

Para as empresas de vigilância patrimonial, os preju´ızos mais comuns causados por erros de tomada de decisão normalmente são despesas e perda de clientes. São exemplos de despesas, o envio de supervisão motorizada para verifica¸cão de falsos alarmes, liga¸cões telefônicas para contatar os ocupantes do local, ou compensa¸cões financeiras por negli-gência ao atendimento de uma determinada ocorrência, incluindo preju´ızos decorrentes de indeniza¸cões ao cliente por processos judiciais (uma a¸cão judicial pode prejudicar a

4

(22)

imagem da empresa junto aos clientes). Além disso, inclusive situa¸cões envolvendo risco de vida também são poss´ıveis de acontecer, o que para os clientes isso causa desconforto, inseguran¸ca, e uma visão de despreparo por parte da empresa prestadora de servi¸cos (SOUSA et al., 2009a).

Um problema verificado nos sistemas testados é que eles apenas exibem as mensagens recebidas sobre ocorrências de alarme, onde é necessário ter um profissional experiente e habituado com o sistema para poder interpretá-las (WINSAMM, 2009), (IRIS, 2009), (MAXIMUS, 2009), (MONI, 2009). A tomada de decisão, que neste contexto é uma a¸cão (ou estratégia) a ser seguida quando ocorrências de alarme são detectadas nos locais mo-nitorados, também fica a cargo do profissional que opera o sistema. Ela é geralmente baseada em dados históricos e experiências individuais vividas pelo profissional (especia-lista) que, normalmente, toma decisões sem nenhum apoio do sistema. Entretanto, nem sempre a estratégia seguida é a mais adequada, pois a quantidade de associa¸cões lógicas (p. ex.: o cenário monitorado, o projeto de seguran¸ca, histórico de ocorrências, sequên-cia de mensagens, equipamentos instalados) pode ser muito complexa para o racioc´ınio humano refletir sobre uma decisão rápida e coerente. Além disso, em contrapartida com um sistema que apresente insuficiência de informa¸cões, informa¸cões errôneas, ou atrasos e falhas na recep¸cão de mensagens, os erros que comprometem a tomada de decisão se tornam muito mais prop´ıcios de acontecer.

(23)

Logo, o desenvolvimento de uma solu¸cão computacional voltada para o contexto (dis-ponibilizar informa¸cões precisas e pontuais, e auxiliar na tomada de decisão) necessita de uma significativa quantidade de conhecimento espec´ıfico do dom´ınio e sobre como resolvê-lo. Ou seja, a concep¸cão de uma solu¸cão adequada exige técnicas computacionais mais coordenadas, e não deve se basear unicamente em conhecimentos gerais sobre o dom´ınio do problema, mas também em conhecimento espec´ıfico baseado na figura de um especia-lista humano. Contudo, um SMCAP com recursos de apoio à tomada de decisão deve auxiliar o usuário com informa¸cões para que se possam produzir decisões confiáveis. E o monitoramento remoto de SESs, que também é uma necessidade evidente, caracteriza-se como premissa básica e fonte de informa¸cão para o SMCAP. Consequentemente, tomadas de decisão bem sucedidas representam maior seguran¸ca para o contratante dos servi¸cos (cliente), redu¸cão de despesas e solu¸cão de outros problemas no contexto da vigilâcia patrimonial.

1.2 Objetivo Geral

Como os SMCAPs têm influência direta na tomada de decisão (servem de orienta¸cão para o usuário) e a disponibilidade de informa¸cões precisas e pontuais são indispensáveis para este processo, o objetivo geral deste trabalho foi focado em estudar o dom´ınio de conhecimento que envolve os problemas enfrentados nas atividades de vigilância patri-monial, para desenvolver um sistema de monitoramento remoto de centrais de alarmes patrimoniais, agregando uma ferramenta de apoio à tomada de decisão, para auxiliar o operador do sistema diante de poss´ıveis ocorrências de alarme nos ambientes monitorados (p. ex.: residências, empresas, comércio).

1.3 Objetivos Espec´ıficos

(24)

Analisar o funcionamento dos Sistemas Eletrˆonicos de Seguran¸ca (SESs), no que diz

respeito `as caracter´ısticas de equipamentos e dispositivos utilizados, bem como os meios de comunica¸c˜ao e protocolos empregados no monitoramento;

Definir um modelo comportamental para os SESs, utilizando um modelo formal

como base para o desenvolvimento de um prot´otipo de SMCAP consistente;

Analisar e definir as t´ecnicas que devem ser empregadas no desenvolvimento de uma

solu¸cão agregada ao sistema, a fim de auxiliar no processo de apoio à tomada de decisão; e

Desenvolver um prot´otipo de SMCAP para fins de valida¸c˜ao e testes.

1.4 Contribui¸c˜

oes

(25)

1.5 Organiza¸c˜

ao

Esta disserta¸cão está organizada em seis cap´ıtulos, compreendendo a introdu¸cão (cap´ı-tulo 1), o monitoramento de alarmes patrimoniais (cap´ı(cap´ı-tulo 2), o projeto de um SMCAP (cap´ıtulo 3), o desenvolvimento do protótipo (cap´ıtulo 4), a valida¸cão e testes com o sistema (cap´ıtulo 5) e as conclusões e trabalhos futuros (cap´ıtulo 6).

O cap´ıtulo de introdu¸cão discute a problemática das empresas de vigilância patrimo-nial, o objetivo geral e objetivos espec´ıficos, juntamente com as contribui¸cões esperadas com o presente trabalho.

O monitoramento de alarmes patrimoniais constitui o cap´ıtulo que contextualiza o problema e apresenta uma revisão literária sobre o histórico da seguran¸ca patrimonial, os sistemas eletrônicos de seguran¸ca, inclusive os principais equipamentos e dispositivos utilizados, além de caracter´ısticas sobre a comunica¸cão e o protocolo empregados no mo-nitoramento.

A modelagem do SMCAP, que é apresentada no cap´ıtulo sobre o projeto de um SMCAP, define um modelo comportamental para os SESs, utilizando um modelo for-mal como base para o desenvolvimento de um protótipo de SMCAP consistente e técnicas de inteligência artificial para compor uma ferramenta de apoio à tomada de decisão.

A parte de desenvolvimento, que é apresentada no cap´ıtulo seguinte, discute caracte-r´ısticas sobre a implementa¸cão da base do sistema de monitoramento e a ferramenta de apoio à tomada de decisão, seguindo as defini¸cões apresentadas no projeto do SMCAP.

(26)

2 Monitoramento de Alarmes

Patrimoniais

Este cap´ıtulo discute sobre as caracter´ısticas do monitoramento remoto de alarmes patrimoniais, classificando o problema que afeta as empresas de vigilância patrimonial como um problema t´ıpico da área de monitoramento remoto. Um histórico sobre a se-guran¸ca privada e empresas de vigilância patrimonial, juntamente com algumas leis que regem as atividades do ramo são apresentadas. Uma visão geral sobre os sistemas ele-trônicos de seguran¸ca, equipamentos e dispositivos utilizados, bem como detalhes sobre a comunica¸cão e o protocolo empregado para o envio de mensagens de alarme também são discutidos.

2.1 Classifica¸c˜

ao e Caracteriza¸c˜

ao do Problema

(27)

FITZGERALD, 1997), (TOOSI et al., 2006), (CRUZ et al., 2004).

Em (NEILD et al., 2004), é apresentada a implanta¸cão de uma rede de sensores de baixo custo para o monitoramento cont´ınuo do bem-estar. A rede de sensores é capaz de coletar localmente informa¸cões sobre a vida diária dos pacientes em seu ambiente, e depois entregar remotamente estas informa¸cões, para serem analisadas por profissionais da área da saúde para fins de tomada de decisão. De acordo com o que ocorre nos SESs instalados nos bens patrimoniais, o problema do monitoramento cont´ınuo do bem-estar se assemelha ao problema tratado nesta disserta¸cão pela questão da necessidade de mo-nitoramento remoto e a utiliza¸cão de sensores para detectar informa¸cões. Entretanto, os profissionais da saúde não recebem nenhum aux´ılio de um sistema computacional para a tomada de decisão, e a rede de sensores em si não desempenha qualquer papel neste pro-cesso (ela apenas transmite as informa¸cões coletadas). A premissa básica apenas consiste no monitoramento remoto do comportamento humano habitual e a deteçcão de desvios neste, caracterizando a necessidade de monitoramento para fins de acompanhamento e avalia¸cão.

Em (NELSON; FITZGERALD, 1997), ´e utilizado o conceito de fus˜ao de sensores1

com a ideia de realizar uma análise inteligente com a fusão de três tipos de sensores (visual, infravermelho e radar), sintetizando os dados de entrada numa informa¸cão mais precisa para o processo de tomada de decisão. Os autores optam por implementar em hardware um sistema de inferência fuzzy, que é um processo de mapeamento de uma dada entrada em uma determinada sa´ıda utilizando lógica fuzzy. A ideia é aumentar a confiabilidade das informa¸cões de alarme, realizando um pré-processamento de dados para filtrar falsos alarmes e, remotamente, apresentar informa¸cões mais precisas a um operador de seguran¸ca. Entretanto, a solu¸cão proposta pela fusão de sensores não pode ser empregada como solu¸cão ao problema apresentado nesta disserta¸cão, pois existem limita¸cões de hardware nos SESs e o formato de comunica¸cão que, consequentemente, influenciam no desenvolvimento de SMCAPs (maiores detalhes nas se¸cões 2.3.2 e 2.3.4).

1

(28)

Mas, semelhante ao problema enfrentado pelas empresas de vigilância patrimonial, os autores também enfatizam a necessidade de redu¸cão de falsos alarmes.

Em (TOOSI et al., 2006), a problemática está voltada para a seguran¸ca das redes de computadores, buscando medidas para garantir a integridade, confidenciabilidade e disponibilidade dos recursos de rede. Os autores apresentam um Sistema de Deteçcão de Intrusão (IDS) utilizando um sistema adaptativo de inferência neuro-fuzzy (com capa-cidade de aprendizagem), que funciona como um classificador de padrões para detectar intrusões em redes de computadores. O sistema faz uso de conhecimento especialista para criar sua base de regras, mas os autores enfatizam que criar regras a partir de um especialista humano é muito dif´ıcil e, portanto, o sistema necessita de adapta¸cão.

Da mesma forma, um SMCAP com recursos de apoio à tomada de decisão não deve se basear unicamente em conhecimentos gerais sobre o dom´ınio do problema. Além disso, é muito dif´ıcil que este dom´ınio seja completamente compreendido, inclusive porque cada empresa de vigilância tem seu próprio planejamento de seguran¸ca. Portanto, é necessário abordar técnicas mais coordenadas que utilizam solu¸cões vivenciadas anteriormente para resolver o problema de adapta¸cão.

Em (CRUZ et al., 2004), é apresentado um sistema de supervisão utilizado para moni-torar o desempenho de um sistema h´ıbrido solar-eólico-diesel de gera¸cão de energia elétrica. Para coletar informa¸cões são utilizados transdutores2

e, com uma placa de aquisi¸cão de dados e um software instalados em um computador, as informa¸cões são transmitidas via Internet através de um telefone celular. Segundo os autores, a transmissão de dados via celular pode ser aplicável em localidades não atendidas por telefonia fixa, e o sistema de monitoramento reduz o trabalho manual realizado pelos técnicos, além dos custos com o deslocamento dos mesmos para coletar informa¸cões. No problema descrito em (CRUZ et al., 2004), interrup¸cões no meio de comunica¸cão não causam o mesmo impacto que é sentido com os SESs, que necessitam de um monitoramento mais efetivo. Assim, prover meios alternativos de comunica¸cão pode evitar falhas causadas pela interrup¸cão ou falta

2_{Transdutor ´e um dispositivo que converte um tipo de energia em outro, utilizando para isso um}

(29)

do canal de comunica¸cão principal. Além disso, a redu¸cão de custos pode ser fruto de tomadas de decisão bem sucedidas, realizadas com o uso de um SMCAP para o apoio à tomada de decisão.

Com base na literatura dispon´ıvel, classificando o monitoramento de alarmes patri-moniais como um problema t´ıpico da área de monitoramento remoto, uma solu¸cão para o problema tratado nesta disserta¸cão deve considerar as seguintes caracter´ısticas:

A utiliza¸cão de sensores é uma prática comum na coleta de informa¸cões e, como visto

na literatura, não se restringe apenas aos SESs. Entretanto, devido à limita¸cões do hardware empregado no monitoramento, a informa¸cão fornecida pelos sensores é limitada, conforme será discutido na se¸cão 2.3.2;

A necessidade de monitoramento remoto fica evidente na classifica¸c˜ao do problema,

e pode ser empregada para fins de acompanhamento, avalia¸cão e classifica¸cão das ocorrências de alarme;

A fun¸cão de um SMCAP com recursos de apoio à tomada de decisão consiste em

prover informa¸cões para o usuário e auxiliá-lo nas tomadas de decisões acertadas;

O monitoramento remoto de SESs, instalados para detectar mudan¸cas de estado

(quebra de seguran¸ca) nos bens patrimoniais, é uma premissa básica e fonte de informa¸cão para um SMCAP;

A op¸c˜ao por equipamentos que fornecem meios alternativos de comunica¸c˜ao pode

evitar problemas que caracterizam quebra de seguran¸ca como, por exemplo, falhas causadas pela interrup¸c˜ao do canal de comunica¸c˜ao; e

O apoio à tomada de decisão deve fornecer suporte para tomadas de decisão bem

sucedidas que, consequentemente, contribuem para uma maior seguran¸ca do cliente e também para a redu¸cão de custos causados por falhas de decisão e falsos alarmes.

(30)

além de um histórico sobre a seguran¸ca privada, as próximas se¸cões tratam especificamente da parte que envolve conhecimentos gerais sobre o problema descrito.

2.2 Hist´

orico da Seguran¸ca

A seguran¸ca é uma preocupa¸cão constante, ou melhor, é uma necessidade e caracte-r´ıstica de prioridade em tudo que se faz. A necessidade de seguran¸ca existe desde que o homem primitivo surgiu no planeta. Machados de pedra, lan¸cas, arcos e esconderijos em cavernas eram alguns métodos utilizados por nossos ancestrais. Eles formavam grupos compostos pelos mais dotados fisicamente, para proteger suas fam´ılias sempre amea¸cadas por grupos rivais que tentavam conquistar seus territórios, saquear seus bens, roubar suas mulheres e filhos, e escravizar ou matar seu povo. Durante muito tempo o homem do-mesticou animais, que eram utilizados não apenas para a ca¸ca e aproveitamento da for¸ca animal, mas também para vigilância e seguran¸ca de suas terras e rebanhos. As cidades antigas eram quase sempre muradas por razões defensivas. Na idade média, praticamente todos os castelos que não estavam situados em colinas ou penhascos, não possuindo assim uma prote¸cão natural contra o ataque do inimigo, tinham do lado de fora das muralhas um fosso de água como medida de seguran¸ca.

(31)

agradável. No entanto, a falta de seguran¸ca é um dos maiores problemas da sociedade contemporânea. Ela atinge pessoas, instala¸cões comerciais, residências e empresas que são alvos constantes de a¸cões criminosas, vandalismo e outros problemas.

A falta de seguran¸ca se manifesta quando ocorrem situa¸cões de amea¸ca e de vulnera-bilidade. A amea¸ca resulta da poss´ıvel materializa¸cão de situa¸cões que podem prejudicar seriamente os seres humanos, seus bens ou recursos. E a vulnerabilidade existe quando os indiv´ıduos têm falta de meios para evitar, ou para controlar os efeitos de uma situa¸cão de amea¸ca. Entretanto, depositar confian¸ca apenas nos sistemas públicos de seguran¸ca (po-l´ıcias e demais órgãos de seguran¸ca) não significa garantia de seguran¸ca, pois a seguran¸ca pública apresenta uma série de deficiências. Contudo, para cada situa¸cão existem medidas de seguran¸ca espec´ıficas, com um conjunto de estratégias a serem tomadas, que dividem a seguran¸ca em áreas de atua¸cão. Dentre elas está a Seguran¸ca Privada, que é uma área que trata exclusivamente de medidas de prote¸cão para corpora¸cões ou indiv´ıduos, a fim de suprir as deficiências do sistema de seguran¸ca pública atual.

2.2.1 Seguran¸ca Privada

A seguran¸ca privada é uma área da seguran¸ca que trata exclusivamente de medidas de prote¸cão para corpora¸cões ou indiv´ıduos. Seus servi¸cos incluem, de maneira geral, barreiras f´ısicas, equipamentos e recursos humanos para defesa da vida, do patrimônio e de interesses dos seus segurados. No entanto, a seguran¸ca privada não é uma necessidade nova, pois pode ser observada em muitos fatos que marcam sua passagem ao longo da história. Segundo Monet (2001), diversas formas de organiza¸cões destinadas a oferecer seguran¸ca foram institu´ıdas. Desde as pol´ıcias Helênicas da antiguidade, pouco coorde-nadas e profissionalizadas, ou as grandes administra¸cões policiais públicas da República Romana, até as pol´ıcias de bases locais e comunitárias, que se desenvolveram em diversos pa´ıses europeus, durante a Idade Média e permaneceram até os séculos XVIII e XIX.

(32)

uso da espada, remuneradas por senhores feudais com os recursos dos impostos cobrados dos cidadãos. Mas foi no século XIX, em 1850, que Allan Pinkerton, um detetive policial de Chicago, fundou a primeira agência de detetives da história, a Pinkerton’s National Detective Agency (PINKERTON, 2009). Além de outras atividades, a agência prestava servi¸cos de prote¸cão das estradas de ferro. Em 1861, após ter encontrado provas de um conspira¸cão para assassinato, Allan Pinkerton organizou um grupo de homens para dar prote¸cão ao presidente Abrahan Lincoln, recém-eleito na época (GERINGER, 2009). Este foi o primeiro registro histórico de seguran¸ca privada no mundo.

Devido às deficiências naturais do poder público, em 1852, em São Francisco, nos Estados Unidos, os americanos Henry Wells e Willian Fargo, criaram a primeira empresa de seguran¸ca privada do mundo, a Wells, Fargo & Co. (WELLS; FARGO, 2009). A empresa tinha como objetivo o transporte de cargas em diligências pelo oeste americano. E no final da década de 1850, as institui¸cões bancárias já estavam em pleno desenvolvimento quando Washington Perry Brink fundou, em 1859, na cidade de Chicago, a Brink’s. A empresa iniciou suas atividades como transportadora de caixas e bagagens para homens de negócio, que viajavam entre cidades, em missões comerciais. Em 1900, a Brink’s fez sua primeira entrega bancária, seis sacos de dólares de prata, tornando-se com isso a primeira transportadora de valores do mundo (BRINK’S, 2009).

O Brasil, já em 1626, apresentava altos ´ındices de violências e de impunidade aos cri-mes (SINDESP-BA, 2009). Por causa disso, o ouvidor-geral Luiz Nogueira de Britto, determinou a institui¸cão de um grupo de seguran¸ca, conhecido como “quadrilheiros” (MELLO; LIMA, 1939). Seus integrantes eram escolhidos entre os moradores das cidades e através de trabalho voluntário, prestavam um juramento de bem servir à sociedade. Com a evolu¸cão da Coroa e mais tarde República, a seguran¸ca evoluiu das mil´ıcias pri-vadas para os servi¸cos orgânicos de seguran¸ca pública e privada (SINDESP-BA, 2009). Mas apenas no final da década de 60 e in´ıcio da década de 70, através dos Decretos-Lei nº1.034, de 09 de novembro de 1969 (BRASIL, 1969) e nº 1.103, de 03 de mar¸co de 1970

(33)

as primeiras empresas de seguran¸ca privada no Brasil. Esses decretos, regulamentavam a atividade de seguran¸ca privada e exigiam que os estabelecimentos financeiros (bancos e operadoras de crédito), fossem protegidos por seus próprios funcionários ou através de empresas especializadas (SINDESP-BA, 2009), ficando a fiscaliza¸cão das atividades a cargo dos Estados. Tal medida, tinha como objetivo inibir as a¸cões de grupos pol´ıti-cos de esquerda, que buscavam recursos em assaltos a estabelecimentos bancários, para financiamento de suas causas revolucionárias.

A demanda por seguran¸ca privada aumentou ao longo dos anos, e a presta¸cão de servi¸cos deixou de ser exclusivamente para institui¸cões financeiras, passando a ter impor-tância fundamental também para órgãos públicos e empresas particulares. A crescente procura exigia uma normatiza¸cão, pois os Decretos-Lei de 1969 e de 1970 já não compor-tava todos os aspectos da atividade. Apenas a partir de junho de 1983, através da Lei 7.102 (BRASIL, 1983), o governo federal regulamentou a atividade de seguran¸ca privada, e sua fiscaliza¸cão deixou de ser estadual (SSP - Secretaria da Seguran¸ca Pública) para ser federal, através do Departamento de Pol´ıcia Federal (Ministério da Justi¸ca). Surgiram então diversos ramos de atividade, cada qual com sua especialidade como, por exemplo, transportes de valores, escolta armada, seguran¸ca pessoal e a vigilância patrimonial, que será discutida na próxima se¸cão.

2.2.2 Vigilˆ

ancia Patrimonial

(34)

legisla-¸cão espec´ıfica. No entanto, como é facultado às empresas de seguran¸ca privada (incluindo as de vigilância patrimonial), a cria¸cão do seu próprio sistema de seguran¸ca (BRASIL, 1994), são encontradas poucas pesquisas voltadas ao dimensionamento detalhado do se-tor. Logo, isso dificulta a realiza¸cão de um estudo sistemático sobre a forma com que as empresas prestadoras de servi¸cos de vigilância patrimonial atuam hoje, já que o assunto implica revelar procedimentos e medidas de seguran¸ca que expõem vulnerabilidades sobre os servi¸cos prestados.

A vigilância patrimonial é uma atividade exercida dentro dos limites dos estabele-cimentos urbanos ou rurais, públicos ou privados. Ela tem a finalidade de garantir a integridade f´ısica das pessoas e do patrimônio no local, ou em eventos sociais. Atual-mente, é muito comum observar a amplia¸cão desta atividade, que pode ser verificada pela quantidade de ve´ıculos de diferentes empresas de seguran¸ca circulando pelas ruas. Entretanto, o exerc´ıcio da atividade de vigilância patrimonial, cuja propriedade e admi-nistra¸cão são vedadas a estrangeiros, depende de autoriza¸cão prévia do Departamento de Pol´ıcia Federal. Além disso, as empresas de vigilância patrimonial não podem desenvolver outras atividades econômicas, além das atividades que estão autorizadas. Para serem re-gulamentadas, além de uma série de documentos necessários ao processo de autoriza¸cão, elas precisam possuir instala¸cões f´ısicas, vistoriadas e aprovadas pelo Superintendente Re-gional do Departamento de Pol´ıcia Federal (BRASIL, 2006). A atividade de vigilância patrimonial somente poderá ser exercida dentro dos limites dos imóveis vigiados e, nos casos de atua¸cão em eventos sociais, como um show, carnaval, futebol, devem se ater ao espa¸co privado, de acordo com o objeto do contrato.

2.3 Sistemas Eletrˆ

onicos de Seguran¸ca - SESs

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um n´ıvel adequado de confiabilidade e eficiência. Os SESs são constitu´ıdos normalmente por uma central de alarmes e um conjunto de dispositivos de deteçcão. Eles são ins-talados nos bens patrimoniais, geralmente estabelecimentos comerciais ou residenciais, e monitorados pelas empresas que prestam servi¸cos de seguran¸ca (SOUSA et al., 2009a).

Segundo Traister e Kennedy (2002), todos os SESs têm três fun¸cões em comum: deteçcão, controle e sinaliza¸cão, conforme ilustrado na figura 2.1.

Figura 2.1: Fun¸c˜oes b´asicas de um SES.

A entrada de sinais (Deteçcão), normalmente feita por dispositivos conhecidos como sensores, pode acionar contatos que são detectados pelacentral de alarmes(Controle). O controle produz sa´ıdas (Sinaliza¸cão) que podem disparar uma sirene ou campainha, enviar mensagens de alarme para uma empresa de vigilância patrimonial, contatar diretamente a própria pol´ıcia, enviar um SMS para um telefone celular, ou emitir qualquer outro tipo de sinal. Os SESs podem ser classificados em (NELSON, 2006): monitorados, que geralmente enviam mensagens de alarme sobre o local protegido e garantem o acompanhamento das ocorrências por pessoal especializado; ounão monitorados, normalmente limitados apenas a detectar mudan¸cas de estado no local protegido e acionar uma sirene local.

Os objetivos deste trabalho são voltados para os SESs do tipo monitorados. Assim, são premissas básicas destes sistemas (NELSON, 2006):

O cliente - contratante de um servi¸co de seguran¸ca eletrˆonica oferecido por uma

empresa de vigilância patrimonial e proprietário de bem ou imóvel (residencial, comercial ou industrial) a ser monitorado;

(36)

sensoriamento, que alertam sobre mudan¸cas de estado no local que esta sendo pro-tegido;

O comunicador - m´odulo integrado ao equipamento do cliente com a fun¸c˜ao de

transmitir, normalmente via linha telefˆonica, as ocorrˆencias detectadas nos ambien-tes monitorados;

O receptor - equipamento da empresa de vigilˆancia patrimonial que pode possuir

vários cartões de linha telefônica para atender às conexões de comunicadores;

Aesta¸c˜ao de monitoramento - conjunto de equipamentos esoftware que processam

e armazenam as informa¸c˜oes dos receptores, exibindo-as em um painel ou monitor, e possivelmente numa impressora;

A empresa de vigilˆancia patrimonial - fornece servi¸cos de monitoria e seguran¸ca,

mant´em esta¸c˜oes de monitoramento, receptores e outros recursos para atender seus clientes.

As próximas se¸cões tratam especificamente da parte que envolve conhecimentos gerais sobre as premissas básicas dos SESs, o que inclui uma revisão literária sobre o funciona-mento e caracter´ısticas de equipafunciona-mentos e dispositivos de seguran¸ca.

2.3.1 Sensores

(37)

sistemas automatizados, estes sentidos são substitu´ıdos por sensores, os quais podem detectar tais sinais, além de outros que não são percept´ıveis à condi¸cão humana. Os sensores podem capturar informa¸cões de forma mais precisa e eficiente que as pessoas, além de serem muito mais rápidos e cometerem poucos erros.

O uso de sensores no monitoramento de ambientes e controle de sistemas tem crescido a cada dia, sendo o foco de inúmeras pesquisas no meio acadêmico e na indústria (ARGO; LOVELAND, 1997), (NELSON; FITZGERALD, 1997), (YAMAMOTO; INOUE, 2003), (NEILD et al., 2004). Eles são comercializados em diversos locais (casas de materiais elé-tricos/eletrônicos, de materiais de constru¸cão, supermercados), e estão dispon´ıveis para quase todos os tipos de aplica¸cão. Segundo (WEBSTER, 1998), os sensores têm a funcio-nalidade de converter variáveis f´ısicas de entrada em sinais de sa´ıda (p. ex.: converter em sinais elétricos). Estes sinais podem ser manipulados por um sistema, exibidos, armaze-nados, ou utilizados como sinais de entrada para outro dispositivo ou sistema secundário. Nos SESs, este sinal (ou impulso) representa uma sa´ıda que se alterna entre dois estados: contato aberto ou contato fechado3

. Os sensores são utilizados nos SESs para detectar mudan¸cas de estado ocorridas nos ambientes monitorados. Por exemplo, para detectar a abertura de portas e janelas, o movimento de pessoas, ru´ıdos provenientes da quebra de vidros, princ´ıpios de incêndio e várias outras aplica¸cões. Normalmente, os sensores podem transmitir sinais de alarme para as centrais através de fios ou ondas de rádio.

Alguns tipos mais comuns de sensores utilizados em sistemas eletrˆonicos de seguran¸ca s˜ao:

Sensores IVP (infravermelho passivo): os sensores IVP s˜ao projetados para

detectar movimento no interior de uma estrutura, sentindo a energia infravermelho emitida pelo corpo humano quando este se move pela sua área de cobertura. Esta deteçcão é poss´ıvel porque o corpo humano é formado por 70% de água. Como a água e as substâncias orgânicas absorvem energia da radia¸cão infravermelho longo (IVL) emitida pelo sol, estas substâncias se tornam ativadas ou energizadas e

co-3

(38)

me¸cam a vibrar vigorosamente, passando também a emitir raios IVL ao seu redor (HONDA; INOUE, 2005). O ângulo de visão (ou área de cobertura) dos sensores IVP é delimitado por zonas de deteçcão que, normalmente, se dividem em zonas de longo alcance, zonas intermediárias e zonas de curto alcance. Cada zona do sensor consiste de uma área do ângulo de visão delimitada por dois feixes de luz infraver-melha. O número de zonas varia de acordo com o tipo de lente, modo de deteçcão e particularidades de fabrica¸cão. A figura 2.2 representa a vista superior da área de cobertura de um sensor IVP comum. O ângulo de visão, dado pora, abrange uma

Figura 2.2: Vista superior da ´area de cobertura de um sensor IVP.

(39)

Figura 2.3: Vista lateral da ´area de cobertura de um sensor IVP.

transmissão, baseado nos parâmetros calculados, e efetua o disparo enviando um sinal de alarme para a central. Também podem ser encontrados outros tipos de sensores IVP que agregam fun¸cões, como: processamento digital de sinais (DSP), para reduzir a ocorrência de falsos alarmes; fun¸cão Tamper, que possibilita o envio de um sinal de alarme indicando viola¸cão na placa eletrônica do sensor (mesmo com o sistema desarmado); e fun¸cãoPet, que pode verificar se o sinal é emitido por um animal através da análise de seu peso.

Sensores magnéticos: os sensores magnéticos normalmente são utilizados para

detectar a abertura de portas e janelas no patrimônio monitorado. Eles são com-postos por duas partes, uma parte com fios e outra parte com um ´ımã, que ficam posicionadas uma em frente a outra (figura 2.4). A proximidade do ´ımã impede que

Figura 2.4: Sensor magn´etico de embutir.

a parte com fios abra o circuito, mas quando as partes são afastadas o circuito se abre, sendo detectado pela central de alarmes. Os sensores magnéticos normalmente são instalados embutidos ou sobrepostos em portas e janelas. Diferentemente dos sensores IVP, eles não detectam movimento, pois são acionados exclusivamente em caso de abertura ou fechamento de seus contatos.

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para detectar a quebra de vidros de diferentes espessuras dentro de uma determinada área de cobertura. Eles incorporam um circuito analisador de áudio e um microfone, e podem captar o som e ondas de choque emitidas durante a quebra de vidros comuns, temperados ou laminados. Os sons captados são comparados com os sons que estão registrados na memória do sensor (SAMTEK, 2009), e um sinal de alarme é acionando quando determinados sons (frequências) são identificados. Os sensores de ruptura de vidro podem ser usados em ambientes onde existem janelas com persianas, cortinas ou múltiplas janelas, e instalados em tetos ou paredes, desde que observada a área de cobertura (alcance) do sensor. Alguns modelos podem ser dotados de ajuste de sensibilidade, supervisão com Tamper, deteçcão de vibra¸cão e outras tecnologias de análise de sinais que podem ignorar distúrbios ambientais e ru´ıdos externos aleatórios. Devido a sensibilidade destes sensores, para evitar falsos alarmes alguns fabricantes não indicam o seu uso em zonas de prote¸cão 24 horas, áreas que contenham janelas internas em varanda de madeira, janelas com isolamento acústico, ambientes de teto com mais de 4,5m de altura (caso o sensor seja fixado no teto), ou salas com área inferior a 3m x 3m onde ru´ıdos altos são comuns (PARADOX, 2009a). Outros fabricantes recomendam que o microfone do detector tenha uma visão direta e desobstru´ıda do vidro a ser protegido, devendo evitar proximidade com objetos que emitam ru´ıdos como, por exemplo, sirenes, ventiladores e compressores (SAMTEK, 2009).

Detectores de temperatura: os detectores de temperatura s˜ao dispositivos que

respondem ao calor, atuando quando a temperatura ambiente ultrapassa um va-lor pré-determinado. Os tipos mais utilizados de detectores são os térmicos e os termovelocimétricos. Os detectores térmicos são instalados em ambientes onde a

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ocorre, o ar contido no diafragma do sensor se expande rapidamente dentro de uma câmara selada, escapando através de uma abertura calibrada. O aumento da pressão comprime o diafragma, fazendo com que os contatos elétricos se toquem para fechar o circuito (BOSCH, 2009b). Os detectores de temperatura não detectam fuma¸ca ou gases inflamáveis, por isso não são indicados para instala¸cão em áreas vivas de uma residência, mas podem ser usados em sótãos, garagens frias ou estufas.

Detectores de chamas: os detectores de chamas (ou fogo) s˜ao dispositivos que

percebem a ocorrência de chamas captando emissões ultravioletas. Os detectores mais comuns utilizam uma câmara detectora, que absorve raios ultravioleta de baixa intensidade, tais como os raios emitidos pelas chamas. Elas são detectadas como um trem de pulsos, gerando uma corrente. Um circuito eletrônico no corpo do detector traduz esta a¸cão em um sinal de alarme (BOSCH, 2009a), que é percebido pela central. Segundo (TRAISTER; KENNEDY, 2002), os detectores de chamas não são utilizados em aplica¸cões residenciais. Eles devem ser instalados em ambientes onde a primeira consequência imediata de um princ´ıpio de incêndio seja a produ¸cão de chama. Sua instala¸cão deve ser planejada de forma que seu campo de visão não seja impedido por obstáculos, assegurando a deteçcão do foco de incêndio na área por ele protegida (ABNT-9441, 1997).

Detectores de fuma¸ca: os detectores de fuma¸ca s˜ao dispositivos que atuam

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(perpendicu-lar). Desta forma, um feixe de luz é projetado através de uma câmara, que permite o acesso de fuma¸ca mas não permite o acesso de luz externa ao sensor. A figura

Figura 2.5: Condi¸c˜ao normal de um detector de fuma¸ca fotoel´etrico.

2.5 exemplifica o funcionamento de um detector fotoelétrico por reflexão. Em con-di¸cões normais a luz do emissor passa direto, sem ser detectada pelo fotodetector. Mas quando a fuma¸ca entra na câmara (figura 2.6), suas part´ıculas dispersam a luz, refletindo uma por¸cão pequena do feixe no sensor que, por sua vez, irá proporcionar um sinal de alarme para o painel de controle. Os detectores ópticos que funcionam

Figura 2.6: Condi¸c˜ao de alerta de um detector de fuma¸ca fotoel´etrico.

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a fotocélula seja iluminada constantemente pelo feixe de luz do emissor. O princ´ıpio de opera¸cão é que, se a fuma¸ca entrar na trajetória da luz, irá provocar uma obs-tru¸cão e impedir que a luz atinja a fotocélula, gerando desta maneira um sinal de alarme na central. Um problema comum com esse tipo de dispositivo, seja ele por reflexão ou por obstru¸cão, é que qualquer sujeira ou material externo acumulado no emissor de luz pode causar obstru¸cão no detector, gerando falsos alarmes, ou diminuir sua sensibilidade, fazendo com que seja requerida uma maior quantidade de fuma¸ca para ele responder. Os detectores de fuma¸ca por ioniza¸cão são capazes de detectar a presen¸ca de part´ıculas vis´ıveis e invis´ıveis da combustão. Um detector básico é composto por um circuito de deteçcão e uma câmara de ioniza¸cão que con-tém uma pequena fonte radioativa (ATSDR, 2004). Dentro da câmara de ioniza¸cão a fonte radioativa emite radia¸cão (part´ıculas que ionizam as part´ıculas de ar) e, em troca, elas provocam uma diferen¸ca de potencial nos eletrodos do coletor, resultando em um fluxo instantâneo. Se aerosóis entrarem na câmara, como produtos de com-bustão ou fuma¸ca, as part´ıculas de ar ionizadas se prendem a eles resultando em part´ıculas de maior massa, que se movem mais lentamente. E assim, por unidade de tempo, menos part´ıculas alcan¸cam os eletrodos. Então, uma diminui¸cão do fluxo atual acontece dentro da câmara sempre que aerosóis entram. Por fim, esta dimi-nui¸cão de fluxo é eletronicamente convertida em um sinal de alarme (TRAISTER; KENNEDY, 2002).

Detectores de gás: os detectores de gás são dispositivos que respondem a gases

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de voltagem; e nos detectores do tipo não pulso, é diretamente obtida a medida do efeito médio devido ao grande número de intera¸cões da radia¸cão com o detector. Segundo (TRAISTER; KENNEDY, 2002), estes detectores não devem ser usados como um substituto para os detectores de fuma¸ca e de fogo porque não respondem a aerosóis produzidos pela maioria dos incêndios residenciais.

Botão de pânico: o botão de pânico é um dispositivo eletrônico que tem a

fi-nalidade de contatar a empresa de vigilância patrimonial ou a própria pol´ıcia em situa¸cões de perigo iminente, onde é necessário o imediato atendimento da ocorrên-cia. O botão de pânico pode ser do tipo com fios (interruptor) ou sem fios (controle remoto). Ele deve ser instalado no local a ser protegido, podendo ser acionado de forma discreta, em caso de rendi¸cão, sem emitir nenhum tipo de alarme sonoro no local, garantindo a seguran¸ca da v´ıtima.

Sensor infravermelho ativo (IVA): os sensores IVA, tamb´em conhecidos como

sensores de barreira, são dispositivos utilizados na prote¸cão de per´ımetros, em ambi-entes externos ou internos. Eles são compostos por um emissor, que envia um feixe de luz infravermelha, e um receptor que capta essa luz (TEM, 2009). No momento em que um agressor tentar transpor o per´ımetro (p. ex.: um muro), o receptor deixa de receber o sinal da luz infravermelha do emissor e, consequentemente, o alarme é disparado. Alguns sensores possuem feixe duplo, alinhados paralelamente, de modo que os dois feixes têm que ser interrompidos para caracterizar um alarme (figura 2.7). Isso reduz falsos alarmes que podem ser provocados por passarinhos e

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nos animais domésticos. Outros sensores também possuem tecnologia anti neblina (no-fog), permitindo a sua instala¸cão em locais com alta densidade de neblina sem prejudicar seu funcionamento (ATRONIX, 2009). O alcance de um sensor IVA pode variar de 20 a 1.500 metros. No entanto, é recomendado definir zonas de prote¸cão que não ultrapassem 150 metros, pois o alinhamento entre o emissor e o receptor fica mais dif´ıcil em distâncias maiores e o feixe poderá ser interrompido por uma forte chuva devido a diminui¸cão de intensidade do sinal.

Existem ainda sensores de vibra¸cão, sensores de impacto, sensores de pressão, e muitos outros dispositivos que podem ser empregados nos SESs. Também é poss´ıvel encontrar sensores que combinam duas ou mais funcionalidades como, por exemplo, detector de chamas com detector de fuma¸ca e detector de temperatura, ou sensor infravermelho com a tecnologia microondas, que funciona como um radar emitindo pulsos e analisando os sinais recebidos.

2.3.2 Centrais de Alarmes

O equipamento do cliente, mais conhecido como central de alarmes (ou painel de alarmes), pode ser descrito fisicamente como uma placa de circuito impresso, montada com componentes eletrônicos, conectores para liga¸cão de dispositivos, fonte de alimenta¸cão, um microprocessador e um software embarcado responsável por sua programa¸cão e controle. Além dos conectores que fornecem alimenta¸cão a dispositivos como, por exemplo, sensores e sirene, uma central de alarmes possui conectores independentes que associam estes dispositivos a uma determinada zona de prote¸cão. Cada zona de prote¸cão consiste de uma entrada dedicada, fisicamente representada por um conector (borne), na placa de circuito impresso da central de alarmes (SOUSA et al., 2009a). A figura 2.8 ilustra uma placa de circuito impresso de uma t´ıpica central de alarmes destacando a conexão da zona Z1.

(46)

Figura 2.8: Conex˜oes t´ıpicas de uma central de alarmes.

principais fabricantes4

podem ser encontradas centrais de alarmes com até 64 zonas para uso comercial ou residencial, que são as mais utilizadas. Também foram encontradas centrais com até 192 zonas para uso industrial (em grandes instala¸cões). As centrais podem ser divididas em parti¸cões, de forma que cada parti¸cão represente um sistema de alarme independente. Uma caracter´ıstica das centrais de alarmes é que elas podem detectar, de forma cont´ınua e em um determinado ciclo de tempo (pooling), quais zonas de prote¸cão estão com o circuito aberto ou fechado. Entretanto, elas não identificam fisicamente que tipo de sensor está conectado a cada borne. Porém, é poss´ıvel programar tipos de zonas para que, durante o envio de mensagens de alarme, a zona seja identificada de forma diferenciada. Por exemplo: zona de incêndio, com detectores de chama/fuma¸ca; zona 24hs, que é protegida 24 horas mesmo quando o sistema está desarmado; zona interna, para identificar uma área interna do local.

Em condi¸cões normais de funcionamento, uma central só pode ser ativada (armada) quando todas as zonas de prote¸cão se encontram fechadas (todas as portas e janelas que possuem sensores devem estar fechadas). Nas centrais de alarmes, qualquer mudan¸ca de estado detectada pelo sistema significa o envio de uma nova mensagem de alarme. Assim, quando uma mensagem de alarme precisa ser enviada para o software de monitoramento

4_{Innovanet (www.innovanet.ind.br), Digital Security Controls (www.dsc.com), e Paradox Security}

(47)

ou receptor de alarmes, a identifica¸cão da zona que originou o alarme é informada na mensagem. As mensagens são enviadas instantaneamente, na sequência em que ocorrem. Algumas centrais podem manter um pequeno histórico das ocorrências que, normalmente, é apagado na próxima ativa¸cão da central (p. ex.: leds indicando as zonas que foram abertas, ou através de um visor LCD). As centrais também possuem umbuffer de tamanho limitado que, normalmente, armazena eventos quando ocorrem problemas de comunica¸cão. Neste caso, os eventos do buffer voltam a ser transmitidos com o restabelecimento da conexão.

2.3.3 Comunica¸c˜

ao dos SESs

Os SESs tradicionais não estão conectados diretamente ao equipamento receptor de alarmes de uma esta¸cão de monitoramento. Para se comunicarem com um receptor, eles usam, normalmente, a linha telefônica do cliente que é fornecida pela empresa de telefonia. Esta linha pode ser exclusiva para o sistema de seguran¸ca ou compartilhada, permitindo uso do telefone quando o sistema está ocioso. Quando um SES entra em alerta (detecta uma altera¸cão de estado), ou quando um sinal de supervisão precisa ser enviado à empresa de vigilância patrimonial (geralmente para verifica¸cão de funcionamento), o comunicador aloca a linha telefônica do cliente e aguarda um determinado tempo pelo tom de discagem5

. Se o tom de discagem for detectado, o comunicador efetuará a discagem para o número de telefone do receptor programado na central. Se o tom de discagem não for detectado em um curto per´ıodo de tempo, o comunicador irá desligar e tentar novamente. Esta sequência é repetida um determinado número de vezes, dependendo das caracter´ısticas ou da programa¸cão da central de alarmes. O diagrama de transi¸cão de estados da figura 2.9 ilustra o processo de comunica¸cão de um SES.

Quando o receptor detecta uma das linhas chamando ele a atende e aceita a cone-xão. Em seguida, a mensagem é transmitida pelo comunicador e a conexão é encerrada. Ocasionalmente, quando acontece de uma determinada linha do receptor estar ocupada

5_{O Tom de discagem representa uma determinada frequˆencia de som, que ´e caracter´ıstica da telefonia}

(48)

Figura 2.9: Processo de comunica¸c˜ao de um SES.

com outro comunicador, o comunicador finaliza e tenta novamente. Em alguns casos, um segundo número é discado, indo para outro cartão de linha do receptor. O processo de comunica¸cão, desde a deteçcão de uma chamada até o encerramento da conexão, é determinado pelo formato de comunica¸cão (ou protocolo) utilizado entre o comunicador e o receptor.

As centrais de alarmes e receptores podem, normalmente, suportar vários formatos de comunica¸cão. Porém, o processo de comunica¸cão só é poss´ıvel se ambos (transmissor e receptor) estiverem aplicando um formato de comunica¸cão em comum. A tabela 2.1 mostra alguns dos principais protocolos utilizados na comunica¸cão de SESs.

Tabela 2.1: Protocolos de comunica¸c˜ao para os SESs

Acron Ademco Contact ID

Radionics (expandido) Franklin

Scantronic DCI

CFSK III Sescoa SS (Super Speed) SIA I, II, III Varitech VFSK

SurGard Roofon

FBI Super Fast Pulso 3+1, 3+2

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Alguns SESs mais atuais podem utilizar, além da telefonia fixa, outros meios de comunica¸cão para estabelecer conexão com um receptor de alarmes ou um SMCAP. Podem ser encontrados equipamentos que se comunicam via GPRS (PPA, 2009a), rádio frequência (CAF, 2009), e também por redes TCP/IP (PPA, 2009b), (VIAWEB, 2009), (CROW, 2009), reduzindo custos com servi¸cos de telefonia fixa para clientes que já possuem algum tipo de conexão a Internet e proporcionando um monitoramento mais efetivo.

2.3.4 Protocolo Contact ID

O Contact ID é um protocolo de comunica¸cão digital amplamente utilizado em sis-temas eletrônicos de seguran¸ca monitorados. Ele é um protocolo padrão de mercado, adotado por muitos fabricantes para prover a compatibilidade de seus equipamentos com equipamentos de terceiros (SOUSA et al., 2009a). Foi desenvolvido integralmente pelo Grupo Ademco e seu padrão documentado pelaSIA - Security Industry Association(SIA, 1999). Para transmitir mensagens de alarme, via linha telefônica convencional, o Contact ID utiliza o padrão de tonsDTMF - Dual Tone MultiFrequential(SCHULZRINNE, 2006). São utilizados pares de tons DTMF (baixos e altos) para representar um determinado d´ı-gito que, no padrão do protocolo, pode variar entre0 e9, eB eF (d´ıgitos hexadecimais). A tabela 2.2 apresenta o conjunto dos tons e respectivos valores utilizados pelo protocolo.

Os pares de tons são sincronizados por um circuito espec´ıfico, como o TCM 5087Tone Encoder (TEXAS, 2009), gerando frequências que correspondem a respectivos valores. A composi¸cão de uma mensagem no formato do protocolo Contact ID é dada por:

ACCT QZXY GG CCC

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Tabela 2.2: Pares de tons DTMF e respectivos valores utilizados pelo Contact ID

D´ıgito Tons baixos Tons altos Valor

0 941Hz 1336Hz 10

1 697Hz 1209Hz 1

2 697Hz 1336Hz 2

3 697Hz 1477Hz 3

4 770Hz 1209Hz 4

5 770Hz 1336Hz 5

6 770Hz 1477Hz 6

7 852Hz 1209Hz 7

8 852Hz 1336Hz 8

9 852Hz 1477Hz 9

B 941Hz 1209Hz 11

C 941Hz 1477Hz 12

D 697Hz 1633Hz 13

E 770Hz 1633Hz 14

F 852Hz 1633Hz 15

ainda valores impl´ıcitos que compõem uma mensagem em Contact ID, como por exemplo, a data e a hora em que o evento ocorreu. Uma lista completa com a descri¸cão de todos os códigos de eventos pode ser encontrada na documenta¸cão do protocolo (SIA, 1999).

A seguir s˜ao apresentados alguns exemplos de mensagens em Contact ID:

Exemplo 1) A conta 1234 está reportando uma mensagem de Viola¸cão de Per´ımetro na zona 4 da parti¸cão 1.

Mensagem: 1234 1131 01 004

1234 = n´umero da conta (cliente)

1131 = tipo de evento (1) que caracteriza uma abertura (novo evento), seguido do código do evento de Viola¸cão de Per´ımetro (131) 01 = número da parti¸cão (1)

004 = n´umero da zona (borne)

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programa¸c˜ao da central, onde foi definida a zona 4 como uma zona de per´ımetro.

Exemplo 2) A conta 1234 está reportando uma mensagem sobre restaura¸cão de Vio-la¸cão de Per´ımetro na zona 4 da parti¸cão 1.

Mensagem: 1234 3131 01 004

No exemplo 2, o tipo de evento 3 (que precede o código do evento 131) indica que a zona de prote¸cão 4 passou de circuito aberto para fechado, ou seja, que o sensor fisicamente ligado ao conector da respectiva zona foi restaurado. A restaura¸cão da zona foi a única mudan¸ca (diferen¸ca) relacionada ao exemplo anterior.

O processo de comunica¸cão, quando é realizado via linha telefônica convencional, segue um conjunto de regras e conven¸cões caracter´ısticas do protocolo Contact ID. São definidos tons espec´ıficos de uma sessão de comunica¸cão, controle de erros de transmissão, intervalos de tempo entre tons, tolerâncias a erros de frequência e de tempo, e sinais espec´ıficos para a valida¸cão de mensagens. Uma sessão de comunica¸cão do transmissor (central de alarmes) para o receptor (equipamento da empresa de vigilância) é composta pelos seguintes elementos básicos:

Handshake Tone: ´e um tom produzido pelo receptor com o prop´osito de sinalizar

ao transmissor que o canal de comunica¸cão está pronto. A sinaliza¸cão deve demorar um intervalo de pelo menos 0.5 segundos, mas normalmente não deve ser superior a 2.0 segundos. Este tempo possibilita o chaveamento de conexão de rede do sistema de telefonia antes que a transmissão comece (figura 2.10). A sequência de tons do Handshake, consiste de uma rajada6 de 1400 Hz (± 3%) com uma dura¸cão de 100 ms (± 5%), uma pausa de 100 ms (± 5%) e uma rajada de 2300 Hz (± 3%) com uma dura¸cão de 100 ms (± 5%). Os transmissores aceitarão um erro de frequência de 5% para compatibilidade com receptores mais antigos.

Kissoff Tone (Acknowledgement): ´e um tom usado pelo receptor para informar ao

transmissor que a mensagem foi recebida com sucesso. A frequˆencia do tom ´e de

6

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Figura 2.10: Composi¸c˜ao do Handshake.

1400 Hz (± 3%) e deverá ser enviada pelo receptor em no m´ınimo 750 ms e no máximo 1 segundo. O transmissor tem que detectar o tom em no m´ınimo 400 ms para considerar okissoff válido (figura 2.11). Transmissores devem aceitar um erro

Figura 2.11: Kissoff tone.

de frequˆencia de 5% para assegurar compatibilidade com receptores mais antigos.