Análise e desempenho de redes de acesso sem fio

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Arcabouço para aprovisionamento de QoS e QoE em redes sem fio heterogêneas WiMAX/Wi-Fi com garantia de equidade entre vazões

Recentemente a sociedade está vivendo em meio a um aglomerado de dispositivos móveis com múltiplas interfaces sem fio que permitem que clientes móveis domésticos e corporativos solucionem problemas rotineiros no menor espaço de tempo e em diversas localizações. Por outro lado, a disponibilidade de diversas tecnologias de acesso sem fio como: Wi-Fi (Wireless Fidelity), WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) e LTE (Long Term Evolution), proporcionam um cenário heterogêneo com diversas oportunidades de conectividade para o usuário de dispositivos com múltiplas interfaces. Alguns dos desafios atuais no contexto da concepção da então denominada NGN (Next Generation Networks) são o desenvolvimento de arcabouços e mecanismos que viabilizem tanto o suporte adequado à Qualidade de Serviço (QoS – Quality of Service) e à Qualidade de Experiência (QoE – Quality of Experience) para aplicações multimídia, quanto a garantia de equidade entre vazões de diferentes aplicações em ambiente heterogêneo. Esta dissertação propõe um arcabouço para o aprovisionamento de QoS e QoE em redes sem fio heterogêneas formada por redes WiMAX e Wi-Fi. Especificamente, nossa solução provê mapeamento estático de QoS entre as classes de serviços WiMAX e categorias de acesso Wi-Fi. Além disso, nossa proposta também combina funcionalidades de equidade entre vazões com a solução de mapeamento, a fim de alcançar um bom compromisso tanto para o operador da rede, quanto para o usuário, através de uma nova metodologia de coleta e calculo de vazão agregada e algoritmo de decisão de handover vertical. A avaliação quantitativa da proposta foi realizada através de modelos de simulação no ns-2 (Network Simulator). Os resultados de desempenho demonstram a eficiência da arquitetura em termos de métricas de QoS (vazão, vazão média e atraso) e QoE (PSRN - Peak Signal to Noise Ratio, SSIM - Structural Similarity Index e VQM - Video Quality Metric).

Gerenciamento de mobilidade transparente com suporte integrado a QoS/QoE em redes heterogêneas

Os avanços nas tecnologias de comunicação sem fio, a demanda por novas aplicações multimídia em tempo real, com requisitos de Qualidade de Serviço (QoS) e Qualidade de Experiência (QoE), e a proliferação de equipamentos móveis, originam o surgimento de soluções que permitem mobilidades horizontais e verticais em redes heterogêneas, de modo transparente. Esses dispositivos móveis apresentam múltiplas interfaces sem fio, onde os usuários se conectam para realizar tarefas e serviços variados no seu dia a dia, mediante a tecnologia de redes diferentes, proporcionando um cenário heterogêneo com diversas oportunidades de conectividade para os usuários móveis. Visando solucionar o problema de várias conexões, feitas por usuários móveis, em uma mesma rede Wi-Fi (Wireless Fidelity) e/ou WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) com diferentes serviços executados, porém, utilizando incorretamente a rede, esta dissertação propõe uma técnica hierárquica de decisão de mobilidade transparente, baseada em uma função de custo, no padrão IEEE 802.21 e no mapeamento de classes de serviço para garantir QoS/QoE para usuários em períodos de mobilidade chamada de MIH2Q, onde essa política informa a melhor rede para ser utilizada, de acordo com o serviço utilizado pelo usuário móvel. A avaliação do impacto e os benefícios da proposta são feitas através de simulação no NS-2 (Network Simulator - version 2) e no evalvid, utilizando métricas de QoS e QoE para verificação dos resultados.

Predição de falhas em redes de grades OBS com plano de controle GMPLS

Este trabalho apresenta uma proposta para predição de falhas em rede de grade OBS com plano de controle GMPLS que auxilia as aplicações em ambientes de colaboração, como exemplo a E-Science. Os agentes de monitoração de tráfego, denominado DQMA-Fuzzy, verificam parâmetros relacionados à QoS e às imperfeições nos enlaces ópticos. Por apresentar uma solução mais rápida e facilmente implementável, foi desenvolvido um sistema baseado em lógica Fuzzy para dar mais robustez às decisões dos agentes. Simulações no NS-2 (Network Simulator – 2) demonstram que a proposta minimiza bloqueios na rede e balanceia o uso dos recursos da grade, garantindo níveis de serviços bem definidos, auxiliando na engenharia de tráfego e na predição de falhas.

Predição de qualidade de experiência para internet do futuro em arquiteturas heterogêneas de redes sem fio móveis

As Redes da Próxima Geração consistem no desenvolvimento de arquiteturas que viabilizem a continuidade de serviços que proporcionem sempre a melhor conectividade (Always Best Connectivity - ABC) aos usuários móveis com suporte adequado à Qualidade de Experiência (QoE) para aplicações multimídia de alta definição, nesse novo contexto as arquiteturas têm perspectiva orientada a serviços e não a protocolos. Esta tese apresenta uma arquitetura para redes da próxima geração capaz de fornecer acesso heterogêneo sem fio e handover vertical transparente para as aplicações multimídia. A tese considera diferentes tecnologias sem fio e também adota o padrão IEEE 802.21 (Media Independent Handover – MIH) para auxiliar na integração e gerenciamento das redes heterogêneas sem fio. As tecnologias que a arquitetura possui são: IEEE 802.11 (popularmente denominada de WiFi), IEEE 802.16 (popularmente denominada de WiMAX) e LTE (popularmente denominada de redes 4G). O objetivo é que arquitetura tenha a capacidade de escolher entre as alternativas disponíveis a melhor conexão para o momento. A arquitetura proposta apresenta mecanismos de predição de Qualidade de Experiência (Quality of Experience - QoE) que será o parâmetro decisivo para a realização ou não do handover para uma nova rede. A predição para determinar se haverá ou não mudança de conectividade será feita com o uso da inteligência computacional de Redes Neurais Artificiais. Além disso a arquitetura também apresenta um mecanismo de descarte seletivo de pacotes especifico para aplicações multimídia. A proposta é avaliada via simulação utilizando-se o ns-2 (Network Simulator) e os resultados de desempenho são apresentados através das métricas de QoS, de QoE e também visualmente através da exibição de frames dos vídeos transmitidos na arquitetura.

Green markov - uma abordagem híbrida de política markoviana e simulação discreta para planejamento de alocação de usuários em redes macro-femto

O uso da comunicação de voz e dados através de dispositivos móveis vem aumentando significativamente nos últimos anos. Tal expansão traz algumas dificuldades inerentes, tais como: ampliação constante de capacidade das redes e eficiência energética. Neste contexto, vem se consolidando o conceito de Green networks, que se concentra no esforço para economia de energia e redução de CO2. Neste sentido, este trabalho propõe validar um modelo de uma política baseado em processo markoviano de decisão, visando a otimizar o consumo de energia, QoS e QoE, na alocação de usuários em redes macrocell e femtocell. Para isso o modelo foi inserido no simulador NS-2, aliando a solução analítica markoviana à flexibilidade característica da simulação discreta. A partir dos resultados apresentados na simulação, a política obteve uma economia significativa no consumo energético, melhorando a eficiência energética em até 4%, além de melhorar a qualidade de serviço em relação às redes macrocell e femtocell, demonstrando-se eficaz, de modo a alterar diretamente as métricas de QoS e de QoE.

Incorporação de tiofosfatos em vidros calcogenetos: estrutura e fenômenos fotoinduzidos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

A NS-2 simulation model for DNP3 protocol over IEEE 802.15.4 wireless protocol toward low cost simulation of Smart Grid applications

Faced with an imminent restructuring of the electric power system, over the past few years many countries have invested in a new paradigm known as Smart Grid. This paradigm targets optimization and automation of electric power network, using advanced information and communication technologies. Among the main communication protocols for Smart Grids we have the DNP3 protocol, which provides secure data transmission with moderate rates. The IEEE 802.15.4 is another communication protocol also widely used in Smart Grid, especially in the so-called Home Area Network (HAN). Thus, many applications of Smart Grid depends on the interaction of these two protocols. This paper proposes modeling, in the traditional network simulator NS-2, the integration of DNP3 protocol and the IEEE 802.15.4 wireless standard for low cost simulations of Smart Grid applications.

An approach to mitigate denial of service attacks in ieee 802.11 networks

Wireless networks are widely deployed and have many uses, for example in critical embedded systems. The applications of this kind of network meets the common needs of most embedded systems and addressing the particularities of each scenario, such as limitations of computing resources and energy supply. Problems such as denial of service attacks are common place and cause great inconvenience. Thus, this study presents simulations of denial of service attacks on 802.11 wireless networks using the network simulator OMNeT++. Furthermore, we present an approach to mitigate such attack, obtaining significant results for improving wireless networks.

Modelo de simulação NS-2 para o protocolo DNP3 sobre o protocolo de rede sem fio IEEE 802.15.4 para simulação de baixo custo de aplicação smart grid

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Modelling and analysis of networked control strategies in smart power distribution grids: development of co-simulation tools

This thesis is focused on Smart Grid applications in medium voltage distribution networks. For the development of new applications it appears useful the availability of simulation tools able to model dynamic behavior of both the power system and the communication network. Such a co-simulation environment would allow the assessment of the feasibility of using a given network technology to support communication-based Smart Grid control schemes on an existing segment of the electrical grid and to determine the range of control schemes that different communications technologies can support. For this reason, is presented a co-simulation platform that has been built by linking the Electromagnetic Transients Program Simulator (EMTP v3.0) with a Telecommunication Network Simulator (OPNET-Riverbed v18.0). The simulator is used to design and analyze a coordinate use of Distributed Energy Resources (DERs) for the voltage/var control (VVC) in distribution network. This thesis is focused control structure based on the use of phase measurement units (PMUs). In order to limit the required reinforcements of the communication infrastructures currently adopted by Distribution Network Operators (DNOs), the study is focused on leader-less MAS schemes that do not assign special coordinating rules to specific agents. Leader-less MAS are expected to produce more uniform communication traffic than centralized approaches that include a moderator agent. Moreover, leader-less MAS are expected to be less affected by limitations and constraint of some communication links. The developed co-simulator has allowed the definition of specific countermeasures against the limitations of the communication network, with particular reference to the latency and loss and information, for both the case of wired and wireless communication networks. Moreover, the co-simulation platform has bee also coupled with a mobility simulator in order to study specific countermeasures against the negative effects on the medium voltage/current distribution network caused by the concurrent connection of electric vehicles.

Data dissemination over complex networks through gossip

This thesis offers a practical and theoretical evaluations about gossip-epidemic algorithms, comparing those most common in the literature with new proposed algorithms and analyzing their behavior. Tests have been executed using one hundred graphs that has been randomly generated by Large Unstructured NEtwork Simulator (LUNES), a simulation software provided by Parallel and Distributed Simulation Research Group (PADS), of the Department of Computer Science, Università di Bologna and simulated using Advanced RTI System (ARTÌS), based on the High Level Architecture standard. Literatures algorithms have been analyzed and taken as base for new algorithms.

VirtualMesh: An Emulation Framework for Wireless Mesh Networks in OMNeT++

Wireless Mesh Networks (WMN) have proven to be a key technology for increased network coverage of Internet infrastructures. The development process for new protocols and architectures in the area of WMN is typically split into evaluation by network simulation and testing of a prototype in a test-bed. Testing a prototype in a real test-bed is time-consuming and expensive. Irrepressible external interferences can occur which makes debugging difficult. Moreover, the test-bed usually supports only a limited number of test topologies. Finally, mobility tests are impractical. Therefore, we propose VirtualMesh as a new testing architecture which can be used before going to a real test-bed. It provides instruments to test the real communication software including the network stack inside a controlled environment. VirtualMesh is implemented by capturing real traffic through a virtual interface at the mesh nodes. The traffic is then redirected to the network simulator OMNeT++. In our experiments, VirtualMesh has proven to be scalable and introduces moderate delays. Therefore, it is suitable for predeployment testing of communication software for WMNs.

An OMNeT++ Framework to Evaluate Video Transmission in Mobile Wireless Multimedia Sensor Networks

The development and evaluation of new algorithms and protocols for Wireless Multimedia Sensor Networks (WMSNs) are usually supported by means of a discrete event network simulator, where OMNeT++ is one of the most important ones. However, experiments involving multimedia transmission, video flows with different characteristics, genres, group of pictures lengths, and coding techniques must be evaluated based also on Quality of Experience (QoE) metrics to reflect the user's perception. Such experiments require the evaluation of video-related information, i.e., frame type, received/lost, delay, jitter, decoding errors, as well as inter and intra-frame dependency of received/distorted videos. However, existing OMNeT++ frameworks for WMSNs do not support video transmissions with QoE-awareness, neither a large set of mobility traces to enable evaluations under different multimedia/mobile situations. In this paper, we propose a Mobile MultiMedia Wireless Sensor Network OMNeT++ framework (M3WSN) to support transmission, control and evaluation of real video sequences in mobile WMSNs.

Nickel(II)-, cobalt(II)-, copper(II)-, and zinc(II)-phthalate and 1-methylimidazole coordination compounds: synthesis, crystal structures and magnetic properties

Three new coordination polymers [M(Pht)(1-MeIm)2]n (where M=Cu (1), Zn (2), Co (3); Pht2−=dianion of o-phthalic acid; 1-MeIm=1-methylimidazole) and two compounds [M(1-MeIm)6](HPht)2 · 2H2O (M=Co (4), Ni (5)) have been synthesized and characterized by X-ray crystallography. The structures of 1–3 (2 is isostructural to 3) consist of [M(1-MeIm)2] building units connected by 1,6-bridging phthalate ions to form infinite chains. In complex 1, each copper(II) center adopts a square coordination mode of N2O2 type by two O atoms from different phthalate ions and two N atoms of 1-MeIm, whereas in 3 two independent metal atoms are tetrahedrally (N2O2) coordinated to a pair of Pht ligands and a pair of 1-MeIm molecules. There are only van der Waals interactions between the chains in 1, while the three-dimensional network in 3 is assembled by C–H⋯O contacts. In contrast to polymers 1–3 the structures of 4 and 5 (complexes are also isostructural) are made up of the [M(1-MeIm)6]2+ cation, two hydrogen phthalate anions (HPht−) and two H2O solvate molecules. The coordination around each metal(II) atom is octahedral with six nitrogen atoms of 1-MeIm. Extended hydrogen bonding networks embracing the solvate water molecules and a phthalate residue as well as the weak C–H⋯O interactions stabilize the three-dimensional structures. Magnetic studies clearly show that the magnetic ions do not interact with each other. Furthermore, in compound 4 we have another example of a highly anisotropic Co2+ ion with a rhombic g-tensor and large zero-field-splitting. The complexes were also characterized by IR and 1H NMR spectroscopy, thermogravimetric analysis, and all data are discussed in the terms of known structures.