Multilayer optimization in radio resource allocation for the packet transmission in wireless networks

Na última década tem-se assistido a um crescimento exponencial das redes de comunicações sem fios, nomeadamente no que se refere a taxa de penetração do serviço prestado e na implementação de novas infra-estruturas em todo o globo. É ponto assente neste momento que esta tendência irá não só continuar como se fortalecer devido à convergência que é esperada entre as redes móveis sem fio e a disponibilização de serviços de banda larga para a rede Internet fixa, numa evolução para um paradigma de uma arquitectura integrada e baseada em serviços e aplicações IP. Por este motivo, as comunicações móveis sem fios irão ter um papel fundamental no desenvolvimento da sociedade de informação a médio e longo prazos. A estratégia seguida no projecto e implementação das redes móveis celulares da actual geração (2G e 3G) foi a da estratificação da sua arquitectura protocolar numa estrutura modular em camadas estanques, onde cada camada do modelo é responsável pela implementação de um conjunto de funcionalidades. Neste modelo a comunicação dá-se apenas entre camadas adjacentes através de primitivas de comunicação pré-estabelecidas. Este modelo de arquitectura resulta numa mais fácil implementação e introdução de novas funcionalidades na rede. Entretanto, o facto das camadas inferiores do modelo protocolar não utilizarem informação disponibilizada pelas camadas superiores, e vice-versa acarreta uma degradação no desempenho do sistema. Este paradigma é particularmente importante quando sistemas de antenas múltiplas são implementados (sistemas MIMO). Sistemas de antenas múltiplas introduzem um grau adicional de liberdade no que respeita a atribuição de recursos rádio: o domínio espacial. Contrariamente a atribuição de recursos no domínio do tempo e da frequência, no domínio espacial os recursos rádio mapeados no domínio espacial não podem ser assumidos como sendo completamente ortogonais, devido a interferência resultante do facto de vários terminais transmitirem no mesmo canal e/ou slots temporais mas em feixes espaciais diferentes. Sendo assim, a disponibilidade de informação relativa ao estado dos recursos rádio às camadas superiores do modelo protocolar é de fundamental importância na satisfação dos critérios de qualidade de serviço exigidos. Uma forma eficiente de gestão dos recursos rádio exige a implementação de algoritmos de agendamento de pacotes de baixo grau de complexidade, que definem os níveis de prioridade no acesso a esses recursos por base dos utilizadores com base na informação disponibilizada quer pelas camadas inferiores quer pelas camadas superiores do modelo. Este novo paradigma de comunicação, designado por cross-layer resulta na maximização da capacidade de transporte de dados por parte do canal rádio móvel, bem como a satisfação dos requisitos de qualidade de serviço derivados a partir da camada de aplicação do modelo. Na sua elaboração, procurou-se que o standard IEEE 802.16e, conhecido por Mobile WiMAX respeitasse as especificações associadas aos sistemas móveis celulares de quarta geração. A arquitectura escalonável, o baixo custo de implementação e as elevadas taxas de transmissão de dados resultam num processo de multiplexagem de dados e valores baixos no atraso decorrente da transmissão de pacotes, os quais são atributos fundamentais para a disponibilização de serviços de banda larga. Da mesma forma a comunicação orientada à comutação de pacotes, inenente na camada de acesso ao meio, é totalmente compatível com as exigências em termos da qualidade de serviço dessas aplicações. Sendo assim, o Mobile WiMAX parece satisfazer os requisitos exigentes das redes móveis de quarta geração. Nesta tese procede-se à investigação, projecto e implementação de algoritmos de encaminhamento de pacotes tendo em vista a eficiente gestão do conjunto de recursos rádio nos domínios do tempo, frequência e espacial das redes móveis celulares, tendo como caso prático as redes móveis celulares suportadas no standard IEEE802.16e. Os algoritmos propostos combinam métricas provenientes da camada física bem como os requisitos de qualidade de serviço das camadas superiores, de acordo com a arquitectura de redes baseadas no paradigma do cross-layer. O desempenho desses algoritmos é analisado a partir de simulações efectuadas por um simulador de sistema, numa plataforma que implementa as camadas física e de acesso ao meio do standard IEEE802.16e.

Performance analysis of 4G wireless networks using system level simulator

In the last decade, mobile wireless communications have witnessed an explosive growth in the user’s penetration rate and their widespread deployment around the globe. In particular, a research topic of particular relevance in telecommunications nowadays is related to the design and implementation of mobile communication systems of 4th generation (4G). 4G networks will be characterized by the support of multiple radio access technologies in a core network fully compliant with the Internet Protocol (all IP paradigms). Such networks will sustain the stringent quality of service (QoS) requirements and the expected high data rates from the type of multimedia applications (i.e. YouTube and Skype) to be available in the near future. Therefore, 4G wireless communications system will be of paramount importance on the development of the information society in the near future. As 4G wireless services will continue to increase, this will put more and more pressure on the spectrum availability. There is a worldwide recognition that methods of spectrum managements have reached their limit and are no longer optimal, therefore new paradigms must be sought. Studies show that most of the assigned spectrum is under-utilized, thus the problem in most cases is inefficient spectrum management rather spectrum shortage. There are currently trends towards a more liberalized approach of spectrum management, which are tightly linked to what is commonly termed as Cognitive Radio (CR). Furthermore, conventional deployment of 4G wireless systems (one BS in cell and mobile deploy around it) are known to have problems in providing fairness (users closer to the BS are more benefited relatively to the cell edge users) and in covering some zones affected by shadowing, therefore the use of relays has been proposed as a solution. To evaluate and analyse the performances of 4G wireless systems software tools are normally used. Software tools have become more and more mature in recent years and their need to provide a high level evaluation of proposed algorithms and protocols is now more important. The system level simulation (SLS) tools provide a fundamental and flexible way to test all the envisioned algorithms and protocols under realistic conditions, without the need to deal with the problems of live networks or reduced scope prototypes. Furthermore, the tools allow network designers a rapid collection of a wide range of performance metrics that are useful for the analysis and optimization of different algorithms. This dissertation proposes the design and implementation of conventional system level simulator (SLS), which afterwards enhances for the 4G wireless technologies namely cognitive Radios (IEEE802.22) and Relays (IEEE802.16j). SLS is then used for the analysis of proposed algorithms and protocols.

O quadro interativo na aula de inglês : desenvolvimento de práticas comunicativas

Na sociedade da informação, o papel da escola como centro transmissor de conhecimentos está a perder relevância face ao crescente número de fontes de informação alternativas, ricas em conteúdos e de fácil acesso. A alteração de paradigmas cria a necessidade de se introduzirem nos contextos educacionais novas ferramentas e que se adequem estratégias que permitam motivar e ensinar os aprendentes a procurarem e a selecionarem essa informação, participando, desta forma, ativamente na construção do conhecimento. Neste contexto, consideramos que o quadro interativo, pela sua capacidade de funcionar como hub digital, permite integrar recursos dinâmicos e interativos facilitadores do acesso ao conhecimento e à informação. A dissertação que apresentamos, “O Quadro Interativo na aula de inglês: desenvolvimento de práticas comunicativas”, situa-se na área do Multimédia em Educação e, mais especificamente, no domínio da tecnologia e pedagogia em sala de aula. A investigação foi desenhada em torno de um projeto de implementação de quadros interativos (Inov@r com QI) em agrupamentos/escolas do interior do país, associado a um Centro de Formação. A partir de uma investigação qualitativa mista, baseada no tracer study (análise documental, entrevistas e questionários) e no estudo etnográfico (aulas observadas, entrevistas e questionários), procurámos evidenciar a forma como essa tecnologia levou à integração de recursos e à adoção de estratégias promotoras de um ensino e aprendizagem ativo, centrado no aprendente e criando dinâmicas de interação e comunicação facilitadoras do desenvolvimento da competência comunicativa. Os resultados obtidos revelam que a introdução do quadro interativo produz efeitos positivos no ensino e aprendizagem do inglês. A sua integração em contexto de sala de aula abre espaço a um conjunto de potencialidades pedagógicas, promove o uso de recursos digitais variados; leva a uma diversificação de abordagens metodológicas que promovem a interação, criando espaços que levam ao desenvolvimento da competência comunicativa. No entanto, para tornar a introdução do quadro interativo mais eficaz, como ferramenta educativa no processo de ensino e aprendizagem, devemos ter em conta que esse processo de introdução do quadro deve ser planeada e refletida, devendo ter em conta uma nova realidade de conceitos, a tecnologia e as literacias necessárias para uma implementação eficaz. Os docentes devem ser acompanhados, ter acesso a formação técnica e pedagógica; e a possibilidade de integrarem um espaço de colaboração e partilha, como forma mais eficaz de se libertarem de práticas centradas no docente e orientadas apenas para a aquisição de conteúdos. Assim será possível dar lugar a um discurso pedagógico que inclua os vários intervenientes no processo de aprendizagem e a construção de conhecimento, num espaço de interação suportado pela tecnologia

Avaliação em contextos de blended learning no ensino superior

The increasing complexity of the Information Society and the Bologna Declaration in the European context has led Higher Education (HE) institutions to revise their curricula courses, as far as the adoption of new strategies for teaching and learning as well as evaluation are concerned. It can also be emphasized that there has been a growing use of eLearning and of blended learning (bLearning) in HE, since these modes of training seem to be a very convenient option for lifelong learning. In this context, quality is taken as an essential goal in the development of the European Space for Education and Training, where HE institutions compete among themselves, and where evaluation is determinant as a promoter of this quality. Considering the problems summarized above, the research developed, based on four published scientific papers, intended to answer a set of research questions related to evaluation of bLearning contexts in HE. The study used diverse techniques and instruments (questionnaires, document analysis, and observation mediated technologies) spanning two methodological approaches: i) study of descriptive and exploratory nature and ii) case studies of bLearning modules. In the first approach an evaluation model for bLearning courses was developed, where we collected and analyzed, at a national level, the opinions of teachers with bLearning experience about the model dimensions. The case studies presented are post graduation curricular units, where bLearning teaching, learning and evaluation strategies were explored and evaluated, namely peer assessment. The main contributions of the first approach are: the process of questioning around the evaluation of bLearning courses, namely the quality assurance criteria for bLearning, as well as the model developed, providing a framework of theoretical, methodological and empirical elements that can be adapted in similar contexts. From the case studies emerged: the developed evaluation guidelines and the data collection instruments, in order to disseminate evaluation “best practices” that may be useful for other units in similar contexts. Regarding the recommendations about the evaluation of teaching of bLearning courses we emphasize: the use of versatile evaluation objects; the evaluation throughout the process and not just at the end; and the involvement of multiple evaluators, including students (whose feedback is essential to monitor the quality of teaching and learning). From the case studies we highlight: the need for discussion of evaluation frameworks to explore, and consequent increase in the transparency of the evaluation process; the increased interaction between groups; and the peer assessment as a strategy to promote active and autonomous learning. In addition to the contributions and recommendations for practice and research in the area of evaluation in bLearning contexts in HE, listed above, it also emerged from this study useful guidelines regarding educational evaluation in bLearning contexts, in order to improve the quality of teaching, learning and evaluation in such contexts.