Mobility in vehicular networks with multiple access points to the infrastructure

Nowadays there is a huge evolution in the technological world and in the wireless networks. The electronic devices have more capabilities and resources over the years, which makes the users more and more demanding. The necessity of being connected to the global world leads to the arising of wireless access points in the cities to provide internet access to the people in order to keep the constant interaction with the world. Vehicular networks arise to support safety related applications and to improve the traffic flow in the roads; however, nowadays they are also used to provide entertainment to the users present in the vehicles. The best way to increase the utilization of the vehicular networks is to give to the users what they want: a constant connection to the internet. Despite of all the advances in the vehicular networks, there were several issues to be solved. The presence of dedicated infrastructure to vehicular networks is not wide yet, which leads to the need of using the available Wi-Fi hotspots and the cellular networks as access networks. In order to make all the management of the mobility process and to keep the user’s connection and session active, a mobility protocol is needed. Taking into account the huge number of access points present at the range of a vehicle for example in a city, it will be beneficial to take advantage of all available resources in order to improve all the vehicular network, either to the users and to the operators. The concept of multihoming allows to take advantage of all available resources with multiple simultaneous connections. This dissertation has as objectives the integration of a mobility protocol, the Network-Proxy Mobile IPv6 protocol, with a host-multihoming per packet solution in order to increase the performance of the network by using more resources simultaneously, the support of multi-hop communications, either in IPv6 or IPv4, the capability of providing internet access to the users of the network, and the integration of the developed protocol in the vehicular environment, with the WAVE, Wi-Fi and cellular technologies. The performed tests focused on the multihoming features implemented on this dissertation, and on the IPv4 network access for the normal users. The obtained results show that the multihoming addition to the mobility protocol improves the network performance and provides a better resource management. Also, the results show the correct operation of the developed protocol in a vehicular environment.

Performance Analysis of IP based WSNs in real time systems

Wireless sensor networks (WSNs) are the key enablers of the internet of things (IoT) paradigm. Traditionally, sensor network research has been to be unlike the internet, motivated by power and device constraints. The IETF 6LoWPAN draft standard changes this, defining how IPv6 packets can be efficiently transmitted over IEEE 802.15.4 radio links. Due to this 6LoWPAN technology, low power, low cost micro- controllers can be connected to the internet forming what is known as the wireless embedded internet. Another IETF recommendation, CoAP allows these devices to communicate interactively over the internet. The integration of such tiny, ubiquitous electronic devices to the internet enables interesting real-time applications. This thesis work attempts to evaluate the performance of a stack consisting of CoAP and 6LoWPAN over the IEEE 802.15.4 radio link using the Contiki OS and Cooja simulator, along with the CoAP framework Californium (Cf). Ultimately, the implementation of this stack on real hardware is carried out using a raspberry pi as a border router with T-mote sky sensors as slip radios and CoAP servers relaying temperature and humidity data. The reliability of the stack was also demonstrated during scalability analysis conducted on the physical deployment. The interoperability is ensured by connecting the WSN to the global internet using different hardware platforms supported by Contiki and without the use of specialized gateways commonly found in non IP based networks. This work therefore developed and demonstrated a heterogeneous wireless sensor network stack, which is IP based and conducted performance analysis of the stack, both in terms of simulations and real hardware.

Performance of LTE-V2V for Cooperative Awareness

The large scale development of an Intelligent Transportation System is very close. The main component of such a smart environment is the network that provides connectivity for all vehicles. Public safety is the most demanding application because requires a fast, reliable and secure communication. Although IEEE 802.11p is presently the only full wireless standard for vehicular communications, recent advancements in 3GPP LTE provide support to direct communications and the ongoing activities are also addressing the vehicle to vehicle case. This thesis focuses on the resource allocation procedures and performance of LTE-V2V. To this aim, a MATLAB simulator has been implemented and results have been obtained adopting different mobility models for both in-coverage and out-of-coverage scenarios.

Performance analysis of a single-user MISO ultra-wideband time reversal system with DFE

This paper presents an analysis of the performance of a baseband multiple-input single-output (MISO) time reversal ultra-wideband system (TR-UWB) incorporating a symbol spaced decision feedback equalizer (DFE). A semi-analytical performance analysis based on a Gaussian approach is considered, which matched well with simulation results, even for the DFE case. The channel model adopted is based on the IEEE 802.15.3a model, considering correlated shadowing across antenna elements. In order to provide a more realistic analysis, channel estimation errors are considered for the design of the TR filter. A guideline for the choice of equalizer length is provided. The results show that the system`s performance improves with an increase in the number of transmit antennas and when a symbol spaced equalizer is used with a relatively small number of taps compared to the number of resolvable paths in the channel impulse response. Moreover, it is possible to conclude that due to the time reversal scheme, the error propagation in the DFE does not play a role in the system`s performance.

Avaliação dos sistemas WiMAX e GSM-R para ambientes ferroviários

Com este trabalho pretende-se estudar o desempenho das tecnologias GSM-R e WiMAX em ambientes ferroviários. Este tipo de estudo tem uma importância elevada devido grande interesse na reestruturação dos sistemas de comunicações vocacionados para aplicações ferroviárias. Estes sistemas são cada vez mais complexos, apresentando níveis mais elevados de exigência, como a segurança, suporte de sinalização, tráfego ferroviário e interoperabilidade entre sistemas de diferentes países. Com tudo isto é necessário explorar e conhecer o comportamento de diversas tecnologias para este tipo de aplicações. Neste trabalho foi efectuado um primeiro estudo abrangendo a tecnologia WiMAX (Norma IEEE 802.16d) em ambientes interiores de edifícios, de forma a estudar o seu comportamento com e sem linha de vista e em proximidade e afastamento da estação base. Este estudo foi conclusivo quanto há não adequação desta tecnologia em ambientes ferroviários, visto ter sido observado que em situações de ausência de linha de vista a degradação da qualidade do sinal não conseguiria suportar os níveis de exigência necessários para a aplicação do mesmo em ambientes ferroviários. Analisou-se em segundo lugar a tecnologia GSM-R, onde se efectuou um estudo de campo em ambientes reais. Para o estudo desta tecnologia foram utilizados ambientes diversificados de forma a obter um estudo mais aprofundado do seu comportamento. Como objectivo têm-se a criação de melhores métodos de planeamento, mais vocacionados para as características específicas dos ambientes ferroviários e exigências das aplicações dos sistemas de comunicações ferroviários. Através deste estudo foi possível obter conclusões relativamente à variação da potência do sinal para as diversas condições e ambientes de propagação a que o sistema GSM-R foi sujeito, tendo sido possível também caracterizar o tipo de ambientes característicos das linhas ferroviárias. Foi possível também concluir que este tipo de sistemas consegue responder aos níveis de exigência e aplicações dos sistemas de comunicação ferroviários, trazendo uma mais-valia relativamente aos existentes actualmente a nível nacional.

Implementation details of the time division beacon scheduling approach for ZigBee cluster-tree networks

This technical report describes the implementation details of the Time Division Beacon Scheduling Approach in IEEE 802.15.4/ZigBee Cluster-Tree Networks. In this technical report we describe the implementation details, focusing on some aspects of the ZigBee Network Layer and the Time Division Beacon Scheduling mechanism. This report demonstrates the feasibility of our approach based on the evaluation of the experimental results. We also present an overview of the ZigBee address and tree-routing scheme.

Neighbour list optimization for real LTE radio network

With the increasing complexity of current networks, it became evident the need for Self-Organizing Networks (SON), which aims to automate most of the associated radio planning and optimization tasks. Within SON, this paper aims to optimize the Neighbour Cell List (NCL) for Long Term Evolution (LTE) evolved NodeBs (eNBs). An algorithm composed by three decisions were were developed: distance-based, Radio Frequency (RF) measurement-based and Handover (HO) stats-based. The distance-based decision, proposes a new NCL taking account the eNB location and interference tiers, based in the quadrants method. The last two algorithms consider signal strength measurements and HO statistics, respectively; they also define a ranking to each eNB and neighbour relation addition/removal based on user defined constraints. The algorithms were developed and implemented over an already existent radio network optimization professional tool. Several case studies were produced using real data from a Portuguese LTE mobile operator. © 2014 IEEE.

Dynamic cluster scheduling for cluster-tree WSNs

While Cluster-Tree network topologies look promising for WSN applications with timeliness and energy-efficiency requirements, we are yet to witness its adoption in commercial and academic solutions. One of the arguments that hinder the use of these topologies concerns the lack of flexibility in adapting to changes in the network, such as in traffic flows. This paper presents a solution to enable these networks with the ability to self-adapt their clusters’ duty-cycle and scheduling, to provide increased quality of service to multiple traffic flows. Importantly, our approach enables a network to change its cluster scheduling without requiring long inaccessibility times or the re-association of the nodes. We show how to apply our methodology to the case of IEEE 802.15.4/ZigBee cluster-tree WSNs without significant changes to the protocol. Finally, we analyze and demonstrate the validity of our methodology through a comprehensive simulation and experimental validation using commercially available technology on a Structural Health Monitoring application scenario.

Sensores “em movimento"

A domótica e a Internet das Coisas (Internet of Things – IoT) são dois conceitos que estão a ter bastante impacto na sociedade e a mudar o seu quotidiano, pelo que o utilizador é mais exigente na utilização dos seus equipamentos, pretendendo, que sejam mais simples e eficazes. A IoT é também muito utilizada na vertente da qualidade de vida (verificação da qualidade do ar, temperatura etc.) pelo que é necessário a utilização de uma rede de sensores de forma que toda a informação recolhida seja disponibilizada ao utilizador. Os sensores estão ligados a nós da rede de forma a recolherem informação. Essa rede pode ser constituída por diferentes topologias, sendo que a mais usual é a rede em Malha, pois no caso de um dos nós deixar de funcionar, a mensagem é enviada através de outros nós até chegar ao nó principal. O passo seguinte consiste em enviar toda essa informação para a Cloud, sendo que, nas soluções existentes, é necessário que o utilizador tenha um ponto fixo (gateway) com acesso à internet. Quando não é possível internet por cabo, a solução é a utilização de redes sem fios ou a utilização de, por exemplo, um cartão 3G/4G que implica o pagamento de taxas às operadoras móveis. Estas soluções implicam, na sua grande maioria uma instalação elétrica para alimentação dos nós dos sensores. O grande problema surge quando o utilizador não possui nenhum acesso à Internet (no local onde são instalados os sensores), ou no caso de não existência de nenhuma instalação elétrica para alimentação dos nós dos sensores. A solução proposta nesta dissertação consiste na utilização de um telemóvel, de um utilizador aleatório, como gateway. Assim, um utilizador comum pode ligar os seus sensores onde for necessário. Esses sensores são configurados Over-The-Air através de uma camada de aplicação do dispositivo de comunicação, como por exemplo, o Synapse. Após configuração, os sensores estão prontos a recolher toda a informação e enviá-la através da rede até ao nó principal. O nó principal é constituído pelo dispositivo de comunicação referido anteriormente, ligado a um microcontrolador (Arduino, por exemplo) que tem agregado um leitor de cartões SD e um dispositivo Bluetooth (BLE). Toda a informação recolhida pelos sensores é guardada no cartão SD até que um utilizador, com um telemóvel (Smartphone Android com a aplicação desenvolvida instalada) com o Bluetooth ligado, se aproxime do nó principal. Assim que a ligação é aceite e estabelecida, a aplicação envia a data mais recente de um sensor específico presente na sua base de dados na Cloud para o Arduino, permitindo que este apague os dados mais antigos presentes no cartão e envie, como resposta para o telemóvel, a informação mais antiga recolhida pelo sensor, atualizando assim a informação. A aplicação deste conceito pode ser útil quando não existe nenhuma ligação à internet ou quando um utilizador, por exemplo uma entidade responsável pelo meio ambiente e que seja necessário inserir sensores numa floresta, para prevenção de fogos. Assim os nós vão enviar toda a informação recolhida através da sua rede. Posteriormente, cabe ao utilizador escolher um sítio estratégico, onde saiba que irão passar indivíduos com alguma frequência, de modo a que estes recebam essa informação para o seu telemóvel.

Desarrollo e implantación de un entorno wifi abierto

Desarrollo de un entorno con conectividad inalámbrica basada en Wi-Fi, sistema de envío y recepción de datos en redes computacionales que utiliza ondas hertzianas para la comunicación y está acotada por la Wi-Fi Alliance bajo el estándar 802.11.

Estudi i atac a les xarxes ZigBee

L'objectiu d'aquest article és mostrar les característiques essencials de dos protocols de xarxes de sensors -l'estàndard 802.15.4 i el protocol ZigBee-, així com les principals amenaces a les que estan exposats. Finalment, mitjançant un cas real i, com a prova de concepte, es mostra com deixar inhabilitat un node d'una xarxa que utilitza el protocol ZigBee.

Estación meteorológica móvil con posicionamiento GPS

Desarrollo de una plataforma que permite la medición de parámetros climáticos ambientales característicos de una estación meteorológica tales como presión atmosférica, temperatura, luminosidad, precipitación y viento. Ésta tiene capacidad de poder integrarse y/o anexionarse para su uso a distintos tipos de sensores por cualquiera de las plataformas de comunicación que incorpora: bluetooth, Wi-Fi (IEE 802.11), bus I2C, o Ethernet. Igualmente, tiene la posibilidad de movilidad con indicación del posicionamiento por GPS y de aplicación adicional para uso en control domótico.

Compact asymmetric coplanar strip-fed antenna for wideband applications

An asymmetric coplanar strip-fed uniplanar antenna for wideband applications is presented. The resulting antenna offers a 2:1 VSWR bandwidth greater than 100% from 1.58 to 5.48 GHz covering the DCS/PCS/IEEE 802.11a/WiMAX bands. The antenna has an overall dimension of 44 × 35 mm2 when printed on a substrate of dielectric constant 4.4 and height 1.6 mm. The design equation is also presented in this article. The antenna exhibits good radiation characteristics and moderate gain in the entire operating band.

Compensation for HPA nonlinearity and I/Q imbalance in MIMO beamforming systems

In this paper, we investigate the effects of high-power amplifier (HPA) nonlinearity and in-phase and quadrature-phase (I/Q) imbalance on the performance of multiple-input multiple-output (MIMO) transmit beamforming (TB) systems. Specifically, we propose a compensation method for HPA nonlinearity and I/Q imbalance together in MIMO TB systems. The performance of the MIMO TB system under study is evaluated in terms of the average symbol error probability (SEP) and system capacity, considering transmission over uncorrelated frequency-flat Rayleigh fading channels. Numerical results are provided and show the effects of several system parameters, such as the HPA parameters, image-leakage ratio, numbers of transmit and receive antennas, length of pilot symbols, and modulation order of phase-shift keying (PSK), on performance.

Zigbee för längre avstånd

I dag går utvecklingen av trådlösa nätverk snabbt framåt. Zigbee är en helt ny teknik som bygger på IEEE 802-15-4 standarden. Zigbee utvecklades av the Zigbee Alliance som består av en rad stora elektronikföretag. Zigbee är en teknik som inriktar sig på låg energiförbrukning och låg kostnad. Tekniken är tänkt att användas för att ställa in och läsa av sensorer av olika slag. Denna rapport är ett resultat av ett examensarbete som går ut på att utreda om Zigbee tekniken kan användas för lite längre avstånd. Arbetet resulterade i två demoapplikationer för ett enkel zigbee system, och färdigskriven kod för en möjlighet att använda Zigbee för länge avstånd.