Decentralizing IP mobility management in future networks

The massive adoption of sophisticated mobile devices and applications led to the increase of mobile data in the last decade, which it is expected to continue. This increase of mobile data negatively impacts the network planning and dimension, since core networks are heavy centralized. Mobile operators are investigating atten network architectures that distribute the responsibility of providing connectivity and mobility, in order to improve the network scalability and performance. Moreover, service providers are moving the content servers closer to the user, in order to ensure high availability and performance of content delivery. Besides the e orts to overcome the explosion of mobile data, current mobility management models are heavy centralized to ensure reachability and session continuity to the users connected to the network. Nowadays, deployed architectures have a small number of centralized mobility anchors managing the mobile data and the mobility context of millions of users, which introduces issues related to performance and scalability that require costly network mechanisms. The mobility management needs to be rethought out-of-the box to cope with atten network architectures and distributed content servers closer to the user, which is the purpose of the work developed in this Thesis. The Thesis starts with a characterization of mobility management into well-de ned functional blocks, their interaction and potential grouping. The decentralized mobility management is studied through analytical models and simulations, in which di erent mobility approaches distinctly distribute the mobility management functionalities through the network. The outcome of this study showed that decentralized mobility management brings advantages. Hence, it was proposed a novel distributed and dynamic mobility management approach, which is exhaustively evaluated through analytical models, simulations and testbed experiments. The proposed approach is also integrated with seamless horizontal handover mechanisms, as well as evaluated in vehicular environments. The mobility mechanisms are also speci ed for multihomed scenarios, in order to provide data o oading with IP mobility from cellular to other access networks. In the pursuing of the optimized mobile routing path, a novel network-based strategy for localized mobility is addressed, in which a replication binding system is deployed in the mobility anchors distributed through the access routers and gateways. Finally, we go further in the mobility anchoring subject, presenting a context-aware adaptive IP mobility anchoring model that dynamically assigns the mobility anchors that provide the optimized routing path to a session, based on the user and network context. The integration of dynamic and distributed concepts in the mobility management, such as context-aware adaptive mobility anchoring and dynamic mobility support, allow the optimization of network resources and the improvement of user experience. The overall outcome demonstrates that decentralized mobility management is a promising direction, hence, its ideas should be taken into account by mobile operators in the deployment of future networks.

Channel modelling for MIMO systems

Systems equipped with multiple antennas at the transmitter and at the receiver, known as MIMO (Multiple Input Multiple Output) systems, offer higher capacities, allowing an efficient exploitation of the available spectrum and/or the employment of more demanding applications. It is well known that the radio channel is characterized by multipath propagation, a phenomenon deemed problematic and whose mitigation has been achieved through techniques such as diversity, beamforming or adaptive antennas. By exploring conveniently the spatial domain MIMO systems turn the characteristics of the multipath channel into an advantage and allow creating multiple parallel and independent virtual channels. However, the achievable benefits are constrained by the propagation channel’s characteristics, which may not always be ideal. This work focuses on the characterization of the MIMO radio channel. It begins with the presentation of the fundamental results from information theory that triggered the interest on these systems, including the discussion of some of their potential benefits and a review of the existing channel models for MIMO systems. The characterization of the MIMO channel developed in this work is based on experimental measurements of the double-directional channel. The measurement system is based on a vector network analyzer and a two-dimensional positioning platform, both controlled by a computer, allowing the measurement of the channel’s frequency response at the locations of a synthetic array. Data is then processed using the SAGE (Space-Alternating Expectation-Maximization) algorithm to obtain the parameters (delay, direction of arrival and complex amplitude) of the channel’s most relevant multipath components. Afterwards, using a clustering algorithm these data are grouped into clusters. Finally, statistical information is extracted allowing the characterization of the channel’s multipath components. The information about the multipath characteristics of the channel, induced by existing scatterers in the propagation scenario, enables the characterization of MIMO channel and thus to evaluate its performance. The method was finally validated using MIMO measurements.

Gestão de trajetos fora de estrada

Anualmente, realizam-se no país inúmeras iniciativas de Todo-Terreno Turístico (TTT) onde são automaticamente registadas as coordenadas de Global Positioning System (GPS) por aplicações de dispositivos móveis. Este tipo de informação pode ser utilizada, quer para fins de divulgação turística, quer por outro tipo de entidades que necessitem de circular nesses caminhos rurais, tipicamente no meio da montanha. Entre outras, são registadas a posição, velocidade e altitude do veículo, o que permite obter informações relevantes, tais como, se o percurso se encontra transitável ou qual a velocidade recomendada. Por exemplo, durante os combates a incêndios, os bombeiros e proteção civil poderão saber se estes percursos são utilizáveis no planeamento dos combates a incêndios com reduzida probabilidade de complicações relativa ao acesso dos veículos, melhorando assim o tempo de resposta. O presente documento discute como poderá ser concebida uma aplicação web mapping, de código aberto, que permita a partilha, utilização e valorização de dados relativos aos percursos todo-terreno dos praticantes de TTT. O presente documento descreve como a aplicação desenvolvida no âmbito da dissertação de mestrado permite selecionar e ordenar possíveis trajetos que incluem os trajetos de TTT, apresentando as caraterísticas do terreno de modo a auxiliar a tomada de decisão por membros das corporações de Bombeiros. Será igualmente apresentada a interface atual da aplicação que inclui um mapa dinâmico e um gestor de pontos de referência.

Sistema de apoio no combate aos fogos florestais para o Concelho de Águeda

O presente trabalho pretende mostrar o desenvolvimento de um sistema de apoio à decisão no combate aos fogos florestais que assenta fundamentalmente em tecnologias da informação, em contraste com a dinâmica utilizada atualmente. O sistema é composto por três componentes: uma componente WebSig que disponibiliza a informação necessária à tomada de decisão no teatro de operações; uma componente para apoio às equipas terrestres; e, uma componente que serve de suporte aos meios de combate aéreos. Este sistema permite ainda a leitura dos dados provenientes da simulação de propagação de fogo proveniente do Farsite. Estas simulações são visualizados na aplicação WebSig. Uma das maiores preocupações em relação ao sistema é que todos os dados utilizados sejam certos e atualizados, mas também que as principais funcionalidades da aplicação sejam utilizadas em tempo real pelos principais agentes da proteção civil. Pelas validações efetuadas, conclui-se que a aplicação funciona conforme projetada tendo sido desenvolvido um sistema que se espera ser considerado uma mais-valia para a área de estudo e para a proteção civil.

Gestão de desempenho numa rede celular

A realização desta dissertação tem como principal objetivo a análise de indicadores chave de desempenho numa rede celular de terceira geração - Universal Mobile Telecommunication System (UMTS), bem como a aplicação de técnicas matemáticas de previsão como apoio ao respetivo planeamento e otimização. Para o efeito, foi inicialmente efetuado um estudo sobre a evolução das comunicações de uma forma generalista, até às redes de nova geração, abordando individualmente, as de voz, as de dados e as comunicações móveis, assim como, uma breve descrição das organizações envolvidas nestas mudanças. No seguimento do estudo inicial, dando enfoque à tecnologia UMTS, foram expostas as suas características, a sua estrutura e arquitetura. Foram ainda elaboradas, duas comparações, com base em diferentes parâmetros, uma com a tecnologia da geração anterior e outra, com a de última geração. Com base nos conhecimentos adquiridos em diferentes pesquisas, foram estudados, os indicadores chave de desempenho (KPIs), as técnicas de planeamento e otimização, apresentando propostas de prevenção e soluções para problemas existentes na rede.

Exercit@rt mobile : monitorização da reabilitação respiratória na DPOC

A prevalência estimada da Doença Pulmonar Obstrutiva Crónica (DPOC) em Portugal é de 14,2% para indivíduos com idade superior a 45 anos (cerca de 800.000 indivíduos), sendo mais prevalente no sexo masculino (Observatório Nacional das Doenças Respiratórias, 2014). Com o aparecimento de soluções baseadas em novas modalidades de eHealth e mHealth surgiram novas formas de acompanhamento e monitorização das doenças crónicas, nomeadamente da DPOC. É neste contexto que foi desenvolvida a aplicação mobile Exercit@rt, em parceria com a Escola Superior de Saúde da Universidade de Aveiro e em continuidade com outros estudos do MCMM anteriormente desenvolvidos. A aplicação permite monitorizar, em tempo real, através da utilização de um oxímetro Bluetooth, os níveis de batimento cardíaco e saturação de oxigénio dos pacientes com DPOC. Com esta aplicação os pacientes podem realizar diversos exercícios de fisioterapia respiratória assim como atividades físicas de vida diária que podem ser monitorizadas, georreferenciadas e avaliadas. Para além do desenvolvimento da aplicação mobile, a presente investigação integrou ainda uma etapa de validação que contou com a participação de dez pacientes com doenças do foro respiratório – cinco utilizadores que utilizam/têm smartphone (UTS) e cinco utilizadores não utilizam/não têm smartphone (NUNTS). A cada um destes foram propostas tarefas a realizar na aplicação mobile, estando previsto que a aplicação estivesse apta para qualquer participante. A totalidade dos participantes reconheceu a utilidade da aplicação no controlo da sua doença.

Prototipagem ágil centrada no utilizador : aplicações de second screen

Com o desenvolvimento das tecnologias da Comunicação, o ser humano tem alterado os seus hábitos de consumo televisivo. Neste contexto, destaca-se o uso de aplicações mobile designadas como Second Screen, as quais, entre outras possibilidades, permitem interagir com conteúdos adicionais aos que se encontram a ser transmitidos na televisão. Sendo este fenómeno relativamente recente, pretende-se compreender qual a abordagem a adotar no desenvolvimento de uma prototipagem ágil de aplicações Second Screen centradas no utilizador. De modo a compreender o respetivo processo, iniciou-se o estudo com um enquadramento teórico, que possibilitou a familiarização com as aplicações Second Screen e ferramentas de prototipagem ágil já existentes. Após o enquadramento teórico, procedeu-se à criação de dois mockups de aplicações Second Screen, que foram testados em Focus Groups. A partir dos dados obtidos, desenvolveram-se dois protótipos ágeis, os quais foram submetidos a uma última fase de testes (Experimentação por observação, Entrevista e Questionário de avaliação, respetivamente). Os participantes deste estudo foram os mesmos para ambas as fases de testes, constituindo um grupo de consumidores, um grupo de designers e um grupo de especialistas na área de prototipagem. Os resultados obtidos, a partir dos protótipos concebidos, comprovam a validade do processo realizado neste estudo, podendo este ser usado para desenvolver protótipos de aplicações mobile e Second Screen.

Context-awareness privacy in data communications

Internet users consume online targeted advertising based on information collected about them and voluntarily share personal information in social networks. Sensor information and data from smart-phones is collected and used by applications, sometimes in unclear ways. As it happens today with smartphones, in the near future sensors will be shipped in all types of connected devices, enabling ubiquitous information gathering from the physical environment, enabling the vision of Ambient Intelligence. The value of gathered data, if not obvious, can be harnessed through data mining techniques and put to use by enabling personalized and tailored services as well as business intelligence practices, fueling the digital economy. However, the ever-expanding information gathering and use undermines the privacy conceptions of the past. Natural social practices of managing privacy in daily relations are overridden by socially-awkward communication tools, service providers struggle with security issues resulting in harmful data leaks, governments use mass surveillance techniques, the incentives of the digital economy threaten consumer privacy, and the advancement of consumergrade data-gathering technology enables new inter-personal abuses. A wide range of fields attempts to address technology-related privacy problems, however they vary immensely in terms of assumptions, scope and approach. Privacy of future use cases is typically handled vertically, instead of building upon previous work that can be re-contextualized, while current privacy problems are typically addressed per type in a more focused way. Because significant effort was required to make sense of the relations and structure of privacy-related work, this thesis attempts to transmit a structured view of it. It is multi-disciplinary - from cryptography to economics, including distributed systems and information theory - and addresses privacy issues of different natures. As existing work is framed and discussed, the contributions to the state-of-theart done in the scope of this thesis are presented. The contributions add to five distinct areas: 1) identity in distributed systems; 2) future context-aware services; 3) event-based context management; 4) low-latency information flow control; 5) high-dimensional dataset anonymity. Finally, having laid out such landscape of the privacy-preserving work, the current and future privacy challenges are discussed, considering not only technical but also socio-economic perspectives.

Vaness: DNS for nomadic users in vehicular networks

Vehicular networks, also known as VANETs, are an ad-hoc network formed by vehicles and road-side units. Nowadays they have been attracting big interest both from researchers as from the automotive industry. With the upcoming of automotive specific operating systems and self-driving cars, the use of applications on vehicles and the integration with common mobile devices is becoming a big part of VANETs. Although many advances have been made on this field, there is still a big discrepancy between the communication layer services provided by VANETs and the user level services, namely those accessible through mobile applications on other networks and technologies. Users and developers are accustomed to user-to-user or user-tobusiness communication without explicit concerns related with the available communication transport layer. Such is not possible in VANETs since people may use more than one vehicle. However, to send a message to a specific user in these networks, there is a need to know the ID of the vehicle where the user is, meaning that there is a lack of services that map each individual user to VANETs endpoint (vehicle identification). This dissertation work proposes VANESS, a naming service as a resource to support user-to-user communication within a heterogeneous scenario comprising typical ISP scenario and VANETs focused on mobile devices. The proposed system is able to map the user to an end point either locally (i.e. there is not internet connection at all), online (i.e. system is not in a vehicular network but has direct internet connection) and using a gateway (i.e. the system is in a vehicular network where some of the nodes have internet access and will act as a gateway). VANESS was fully implemented on android OS with results proving his viability, and partially on iOS showing its multiplatform capabilities.

Capacity forecasting for radio access networks

The mobile networks market (focus of this work) strategy is based on the consolidation of the installed structure and the optimization of the already existent resources. The increasingly competition and aggression of this market requires, to the mobile operators, a continuous maintenance and update of the networks in order to obtain the minimum number of fails and provide the best experience for its subscribers. In this context, this dissertation presents a study aiming to assist the mobile operators improving future network modifications. In overview, this dissertation compares several forecasting methods (mostly based on time series analysis) capable of support mobile operators with their network planning. Moreover, it presents several network indicators about the more common bottlenecks.

Impact of node mobility in user-centric routing

Recent paradigms in wireless communication architectures describe environments where nodes present a highly dynamic behavior (e.g., User Centric Networks). In such environments, routing is still performed based on the regular packet-switched behavior of store-and-forward. Albeit sufficient to compute at least an adequate path between a source and a destination, such routing behavior cannot adequately sustain the highly nomadic lifestyle that Internet users are today experiencing. This thesis aims to analyse the impact of the nodes’ mobility on routing scenarios. It also aims at the development of forwarding concepts that help in message forwarding across graphs where nodes exhibit human mobility patterns, as is the case of most of the user-centric wireless networks today. The first part of the work involved the analysis of the mobility impact on routing, and we found that node mobility significance can affect routing performance, and it depends on the link length, distance, and mobility patterns of nodes. The study of current mobility parameters showed that they capture mobility partially. The routing protocol robustness to node mobility depends on the routing metric sensitivity to node mobility. As such, mobility-aware routing metrics were devised to increase routing robustness to node mobility. Two categories of routing metrics proposed are the time-based and spatial correlation-based. For the validation of the metrics, several mobility models were used, which include the ones that mimic human mobility patterns. The metrics were implemented using the Network Simulator tool using two widely used multi-hop routing protocols of Optimized Link State Routing (OLSR) and Ad hoc On Demand Distance Vector (AODV). Using the proposed metrics, we reduced the path re-computation frequency compared to the benchmark metric. This means that more stable nodes were used to route data. The time-based routing metrics generally performed well across the different node mobility scenarios used. We also noted a variation on the performance of the metrics, including the benchmark metric, under different mobility models, due to the differences in the node mobility governing rules of the models.

Monitorização e gestão em turismo : uma proposta de dashboard visual

A presente investigação propõe-se a atuar no sector turístico, uma vez que este é bombardeado diariamente por uma quantidade considerável de dados e informações. Atualmente, usufrui-se significativamente mais da tecnologia com a finalidade de promover e vender os produtos/serviços disponíveis no mercado. A par da evolução tecnológica, os utilizadores/clientes conseguem comprar, cada vez mais, à distancia de um clique os produtos turísticos que desejam. No entanto, há um variado leque de aplicações sobre o turismo que permitem entender os gostos e as necessidades dos turistas assim como a sua atitude para com o mesmo. Porém, nem as entidades nem os gestores turísticos usufruem inteligentemente dos dados que lhes são facultados. Estes tendem normalmente a prender-se pelo turismo em Portugal e de que forma é que a sua entidade é apresentada acabando por esquecer que os dados podem e devem ser utilizados para expandir o mercado assim como entender/conhecer potenciais mercados. Deste modo, o fundamento principal desta investigação remete para a criação de uma plataforma infocomunicacional que analise na totalidade os dados obtidos, assim como fornecer as ferramentas pertinentes para que se consiga fazer esta análise, nomeadamente através de uma representação infográfica adequada e estratégias de a comunicar aos stakeholders.. Para tal foi aplicada no âmbito desta dissertação a metodologia investigação/ação, vista como um processo cíclico que para além de incluir simultaneamente estas duas vertentes, vai alternando entre a ação e a reflexão critica sendo sustentada por bases teóricas. A criação do protótipo da plataforma Smart Tourism, resultou num sistema inovador que tenta responder aos indicadores escolhidos no Dashbord e ao problema infocomunicacional, tentando criar as bases necessárias para que as entidades consigam analisar de forma mais integrada/sistematizada e racional a atividade turística. Foi por isso, desenvolvido e avaliado qualitativamente um protótipo de base infocomunicacional visual (dashboard visual) que para além do que para além do que já foi referido, consegue proporcionar a gestão dos produtos, clientes, staff e parceiros, aumentando assim o valor deste sector.

Geoquímica dos eclogitos do Maciço de Bragança: origem dos "veios dioríticos" e implicações geocronológicas

A análise dos perfis de elementos incompatíveis imóveis em eclogitos do Maciço de Bragança permitiu dividir estas rochas em três grupos (A, B e C). As rochas dos grupos B e C correspondem a eclogitos granulitizados que, frequentemente, contêm veios "dioríticos". Os dados geoquímicos disponíveis revelam que os materiais dos veios e os eclogitos hospedeiros têm concentrações muito semelhantes de elementos incompatíveis "imóveis", enquanto há diferenças significativas no que se refere a elementos móveis. Assim, é improvável que os veios possam representar magmas dioríticos gerados por fusão parcial dos eclogitos hospedeiros. Os veios "dioríticos" são interpretados neste trabalho como produtos de actividade metassomática que afectou os eclogitos; o metassomatismo terá sido induzido por fluidos que terão emanado dos gnaisses encaixantes duranto o metamorfismo prógrado da descompressão. Este episódio metasomático terá causado reajustamentos isotópicos, o que explicaria as contradições aparentes entre os dados geocronológicos obtidos nos eclogitos.

Sources of antibiotic resistance in the environment

The discovery of antibiotics was a major breakthrough in medicine. However, short after their introduction in clinical practice resistant bacteria were detected. Nowadays, antibiotic resistance constitutes a serious public health problem. In hospital settings, with high resistance levels, reducing drastically the therapeutic options. Carbapenems are last-resort antibiotics used in Portugal, only in hospitals, to treat serious infections. Bacterial resistance towards this class of antibiotics has increased during last years. In Gram-negative bacteria the production of carbapenemases is a common resistance mechanism. OXA-48 is a carbapenemase of Ambler class D and represents a major concern for human health. It is frequently detected in clinical isolates of Enterobacteriaceae. There are few studies suggesting that genes encoding for OXA-48 variants originated from genes present in the chromosome of members of genus Shewanella, and have disseminated to Enterobacteriaceae members, associated with mobile genetic elements. The aim of this study was to characterize strains from different sources of Shewanella to confirm its role as OXA-48 progenitor. For this, the phylogenetic affiliation of 33 strains of Shewanella was performed by 16SrDNA and gyrB sequencing. The most common species were S. hafniensis and S. xiamenensis, but also S. aestuarii, S. baltica, S. indica, S. haliotis, S. putrefaciens, S. algidipiscicola, S. irciniae, S. algae and S. fodinae were identified. blaOXA-48-like genes were detected in 21 isolates: S. hafniensis (8/8), S. xiamenensis (5/5), S. baltica (4/4), S. algae (1/1), S. fodinae (1/1), S. putrefaciens (1/2) and S. algidipiscicola (1/2). Sequence analysis revealed that genes encoded enzymes identical to OXA-48, OXA-181 and OXA-204 but also new variants differing from OXA-48 from 2 to 81 aminoacids. Genetic context analysis revealed the C15 gene upstream and lysR gene downstream, identical to what has been identified so far flanking blaOXA-48-like genes in Shewanella spp. The assessment of antibiotic susceptibility was performed for all isolates using the disk diffusion method. In general, it was observed a great sensitivity for all antibiotics except to amoxicillin and aztreonam. Multidrug resistance was detected in only 1 isolate. Other resistance genes and the presence of integrons were not identified. Plasmids were detected in 30.3% isolates (10/ 33). These results reinforce the role of Shewanella spp. as origin of blaOXA-48-like genes.

Forwarding and security in vehicular networks

The growing research in vehicular network solutions provided the rise of interaction in these highly dynamic environments in the market. The developed architectures do not usually focus, however, in security aspects. Common security strategies designed for the Internet require IP. Since nodes' addresses in a vehicular network are too dynamic, such solutions would require cumbersome negotiations, which would make them unsuitable to these environments. The objective of this dissertation is to develop, and test a scalable, lightweight, layer 3 security protocol for vehicular networks, in which nodes of the network are able to set up long-term security associations with a Home Network, avoiding session renegotiations due to lack of connectivity and reduce the protocol stacking. This protocol allows to provide security independent of the nodes (vehicles) position, of its addressing and of the established path to access the Internet, allowing the mobility of vehicles and of its active sessions seamlessly without communication failures.