IEEE 802.11p, the known standard for Vehicular Adhoc NETworks (VANETs), suffers from scalability issues and unbounded delay. In addition, the desire to use networks already in existence has created motivation for using cellular networks for vehicular applications. LTE-Advanced is one of the most promising access technologies in the wireless field, providing high data rate, low latency, and a large coverage area. Thus, LTE/LTE-A can be potential access technologies for supporting vehicular applications. Vehicular safety applications are based on broadcasting messages to neighboring vehicles. The vehicle location precision is crucial for safety applications. Thus, the freshness of the information (i.e. vehicle location) at the neighboring vehicles is very important. As LTE is an infrastructure-based network, all transmissions should pass through it. When the load of the network is high compared to the available resources, large delays may occur. The focus of this thesis is to propose solutions to make LTE suitable for vehicular safety applications. The first solution is to adapt the vehicular safety application to be suitable in LTE network. For this purpose, we propose an adaptation of the safety message generation rate. This adaptation uses a queueing model to compute the freshness of the information of vehicles at the destination, based on their message generation rates. It then adjusts the generation periods to provide a similar accuracy for all vehicles. The second approach is to modify the LTE and make it suitable for these kinds of applications. Thus, we proposed a scheduler for LTE which is suitable for vehicular safety applications. It considers the speed and location of the vehicles to allocate the resources to them for the transmission of safety messages. We also studied the message dissemination in the downlink, and proposed an efficient way to deliver the safety messages to the neighboring vehicles. Finally, we propose a scheme that uses both LTE-D2D and LTE-cellular communication for the transmission of safety messages. The centralized location information is used for Device-to-Device (D2D) pair discovery and resource allocation. The proposed scheme provides resource efficiency by enabling the reuse of the resources by vehicles. We also study the effect of the awareness range and period of updating location information at the server on resource usage and accuracy of D2D pair detection.

Resumo: Nesta dissertação é apresentada uma aplicação web, dinâmica e interativa, para o controle e monitoramento de transdutores inteligentes conectados em rede de acordo com o padrão IEEE 1451. O ambiente está hospedado em um computador pessoal que desempenha as funções de um servidor web e da parte lógica de um processador com capacidade de operar em rede. O acesso aos transdutores da rede é realizado através de um módulo de interface para transdutores inteligentes, implementado em um dispositivo lógico programável. No desenvolvimento do MATIW 1451 utilizou-se somente plataforma operacional e linguagens de programação de domínio público, abertas e padronizadas como estabelece o comitê gestor do padrão IEEE 1451. O sistema foi testado em uma rede de transdutores contendo um sensor de temperatura e uma ventoinha e em uma rede de distribuição de água, contendo sensores de pressão, vazão e um redutor de pressão. / Abstract: This paper presents an interactive and dynamic web application to control and monitor smart transducers connected in network according to the IEEE 1451 standart, named MATIW 1451. A personal computer acts as a web server and as the logical part of a NCAP (Network Capable Application Process). The transducers are accessed via a STIM (Smart Transducer Interface Module) implemented by a PLD (Programmable Logic Device). The tools used in the implementation of MATIW 1451 are all in public domain, open as defined by the 1451 committee, including the operating system, languages, libraries and API’s. The system was tested in a network of transducers comprised by a temperature sensor and cooler, and also tested in a water distribution kit with pressure and flow sensors, and a pressure reducer. / Orientador: Alexandre César Rodrigues da Silva / Coorientador: Carlos Antônio Alves / Banca: Ailton Akira Shinoda / Banca: Mauro Conti Pereira / Mestre

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-04-03T19:47:16Z No. of bitstreams: 1 TalisonAugustoCorreiaDeMelo_DISSERT.pdf: 2029571 bytes, checksum: 673616a1cc8948fb5a2eee5aa45c9411 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-04-06T20:49:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TalisonAugustoCorreiaDeMelo_DISSERT.pdf: 2029571 bytes, checksum: 673616a1cc8948fb5a2eee5aa45c9411 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-06T20:49:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TalisonAugustoCorreiaDeMelo_DISSERT.pdf: 2029571 bytes, checksum: 673616a1cc8948fb5a2eee5aa45c9411 (MD5) Previous issue date: 2016-12-29 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Redes de Sensores Sem Fio (RSSFs) t?m se tornado cada vez mais comuns e estudos sobre elas t?m aumentado bastante. Este tipo de rede ?, geralmente, formada por muitos n?s sensores, o que dificulta testes em ambientes reais. Os simuladores de rede, como o Network Simulator 2 (NS-2), t?m sido adotados para avaliar RSSF, entretanto, este tipo de simula??o no NS-2 pode n?o ser uma tarefa f?cil para os usu?rios. Deste modo, ferramentas t?m sido desenvolvidas para proporcionar facilidades de simula??o sobre o NS-2, como o WINSS (Wireless Network Sensor Simulator). WINSS ? uma solu??o para o projeto e testes de simula??es de RSSFs de acordo com o padr?o IEEE 802.15.4 no NS-2. Em fun??o das limita??es que a vers?o original do WINSS det?m, este trabalho tem como objetivo estender as funcionalidades desta ferramenta, adicionando a ela a possibilidade de trabalhar com: mobilidade dos n?s, falhas na rede, modo beacon habilitado e desabilitado, entre outras funcionalidades. O WINSS gera scripts de simula??o (scripts TCL) e permite a configura??o de aspectos importantes, como modelo de energia, modelo de n?s m?veis, modelo de propaga??o de r?dio e modelo de falha na rede. Ele fornece um ambiente integrado com NAM, XGRAPH e Gnuplot, ferramentas que complementam o NS-2, e gera resultados, como vaz?o, atraso, pacotes perdidos, pacotes recebidos e consumo de energia. / Wireless Sensor Networks (WSNs) have become increasingly common and studies on them have increased a lot. This type of network is generally formed by many sensor nodes that make testing hard in real environments. The network simulators, as the Network Simulator 2 (NS-2), have been adopted to evaluate WSN, however, this type of simulation in the NS-2 may not be an easy task for users. Thus, tools were developed to provide simulation facilities on the NS-2, such as WINSS (Wireless Network Sensor Simulator). WINSS is a solution for the design and tests of simulations of WSNs in accordance to the IEEE 802.15.4 standard on NS-2. Due to the limitations of the original version of WINSS, this work aims to extend the features of this tool, adding to it the possibility of working with: node mobility, network faults, beacon-enabled and non beacon-enabled mode, among other functionality. The WINSS generates simulation scripts (TCL scripts) and allows the configuration of important aspects such as energy model, mobile nodes model, radio propagation model and network fault model. It provides an integrated environment with NAM, XGRAPH and Gnuplot, tools that complement the NS-2, and generates results, like throughput, delay, packets loss, packets received and energy consumption.

The incipient technology of wireless access networks of the IEEE 802.16 Standard aggregates to the BWA systems many advantages over concur technologies, such as radio signal wide coverage, even in difficult access regions or needy of conventional infrastructure of network, as the case of some urban and rural areas of Brazil. Moreover, enables access to the Internet in last mile with high transmission rates, attending to the more several requisites of the data, voice and video applications with minor cost in comparison to others available alternatives. Meanwhile, this technology not specifies how the packages or service flows should be the scheduled in the MAC layer. Thus, this study compares the use of mechanisms for scheduling that approximates the ideal GPS scheduler to support the provision of QoS on IEEE 802.16 PMP network. The modeling and simulation based results evidence that the considered mechanisms WRR and WF2Q get good results in the support to the provision of QoS in this network. / A incipiente tecnologia de redes de acesso sem fio do Padrão IEEE 802.16 agrega aos sistemas BWA inúmeras vantagens sobre as tecnologias concorrentes, tais como ampla cobertura do sinal de rádio, mesmo em regiões de difícil acesso ou carentes de infra-estrutura de rede convencional, como é o caso de algumas áreas urbanas e rurais brasileiras. Além disso, permite estabelecer a parte final da infra-estrutura de conexão de banda larga com altas taxas de transmissão, atendendo aos mais diversos requisitos das aplicações de dados, voz e vídeo a um menor custo em comparação com as outras alternativas disponíveis. Entretanto, o Padrão IEEE 802.16 não determina a forma como devem ser escalonados os pacotes ou fluxos de serviço na camada MAC desta tecnologia. Assim, neste trabalho compara-se a utilização de mecanismos de escalonamento que se aproximam do escalonador ideal GPS para o suporte à provisão de QoS em uma rede de acesso IEEE 802.16 PMP. Os estudos comparativos baseados em modelagem e simulação mostraram que os mecanismos WRR e WF2Q conduzem a bons resultados no suporte à provisão de QoS nesta rede. / Mestre em Ciências

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / IEEE 802.16 standard, also called WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), is one of the most promising technologies for BWA (Broadband Wireless Access) networks. The IEEE 802.16 standard provides specification of MAC and physical layer. The standard adds to the BWA networks some advantages over other technologies, such as wide area of coverage, even in areas of difficult access or without conventional network infrastructure, as is the case of some urban and rural regions in Brazil. IEEE 802.16 standard is developed with Quality of Service (QoS) in mind. For that purpose it was created a connection oriented standard, where different applications are differentiated into multiple classes of service, in accordance with the parameters required by each application. However, the standard does not define how to implement the Connection Admission Control (CAC) algorithm, which is a fundamental requisite for obtaining QoS. The CAC algorithm is responsible for accepting or rejecting a new connection request depending on the resources already allocated in the network. Thus, the CAC must reject requests for connections that might compromise the QoS of admitted connections. This way, this work presents the proposal of a CAC algorithm based on threshold for the IEEE 802.16 networks. Moreover, the performance of the proposed CAC algorithm has been analyzed through modeling and simulation using the NS-2 (Network Simulator). To perform this step, the proposed CAC algorithm has been implemented in the WiMAX module of the NIST (National Institute of Standards and Technology). The results showed that the CAC algorithm is efficient and it is able to provide QoS in terms of bandwidth and delay, under different scenarios. / O padrão IEEE 802.16, também conhecido como WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), é uma das tecnologias mais promissoras para o acesso banda larga sem fio (BWA Broadband Wireless Access). O padrão IEEE 802.16 fornece especificações das características da camada de acesso ao meio (MAC) e física. Agrega às redes BWA algumas vantagens em relação às outras tecnologias, tal como, ampla área de cobertura, mesmo em regiões de difícil acesso ou sem qualquer infra-estrutura de rede convencional, como é o caso de algumas regiões urbanas e rurais brasileiras. O padrão IEEE 802.16 foi desenvolvido com Qualidade de Serviço (QoS) em mente. Para conseguir tal objetivo, criou-se um padrão orientado a conexão, onde as várias aplicações são diferenciadas em múltiplas classes de serviços, de acordo com os parâmetros solicitados por cada aplicação. Porém, o padrão não define como deve ser implementado o algoritmo de Controle de Admissão de Conexões (CAC Connection Admission Control), que é um requisito fundamental para obtenção de QoS. O algoritmo CAC é responsável por admitir ou rejeitar uma solicitação de uma nova conexão dependendo dos recursos já alocados da rede. Desta forma, o CAC deve rejeitar solicitações de conexões que poderiam comprometer a QoS das conexões admitidas. Em vista disto, neste trabalho apresenta-se uma proposta de um algoritmo de CAC baseado em threshold para as redes IEEE 802.16. Além disto, o desempenho do algoritmo de CAC proposto foi analisado através de modelagem e simulação, utilizando o simulador de redes NS-2 (Network Simulator). Para realizar esta etapa, o algoritmo de CAC proposto foi implementado no módulo WiMAX do NIST (National Institute of Standards and Technology). Os resultados obtidos demonstraram que o algoritmo de CAC é eficiente e apresentou-se capaz de prover QoS em termos de largura de banda e atraso, sob diferente cenários. / Mestre em Ciências

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / The IEEE 802.16 standard is designed to provide wireless broadband connectivity for both xed and mobile users in a wide coverage area with high rates of data transfer. The main feature incorporated by the IEEE 802.16 standard is the quality of service (QoS) provisioning by means of packets scheduling, trac policing and connection admission control (CAC). Since the IEEE 802.16 standard does not dene the policies for admission control and packet scheduling, in this paper we propose a QoS provisioning mechanism which consists of a novel scheduling algorithm for uplink trac and a dynamic CAC scheme for IEEE 802.16 networks. The proposed scheduling mechanism serves the requests queues in a cyclical mode and is based on a static bandwidth reservation mechanism in order to separate the real-time and non real time ows. The CAC policy is proposed for the real-time service class with variable rate and is based on a delay prediction scheme which uses the buer size information in SSs. Through modeling and simulation, we evaluated various network scenarios in order to test the eciency of CAC and scheduling mechanism. From the results, it was found that the proposed mechanism is able to meet the maximum delay requirements of the maximum delay bound for real time ows and minimum throughput for streams of non-real time. Moreover, it was found that the proposed mechanism is able to avoid the bandwidth starvation of low priority ows. / O padrão IEEE 802.16 é designado para prover conectividade em banda larga sem o para usuários xos e móveis em uma ampla área de cobertura com altas taxas de transferência de dados. A principal característica incorporada por esse padrão é a provis ão de qualidade de serviço (QoS) aos usuários nais, garantida por meio de algoritmos para escalonamento de pacotes tanto na estação base como nas estações de assinantes e também políticas para controle de admissão de conexões (CAC). Pelo fato do padrão não especicar políticas para a implementação desses mecanismos, propõe-se nesse trabalho um novo algoritmo de escalonamento uplink na estação base que é capaz de atender as principais classes de serviços denidas pelo padrão e também uma política de CAC din âmica baseada em predição de atraso. O mecanismo de escalonamento proposto atende as las de requisições de forma cíclica e baseia-se em um esquema de reserva estática de largura de banda para separar os uxos de tempo real, não tempo real com o requisito de taxa mínima e não tempo real sem requisitos de vazão (tráfego de melhor esforço). Já a política de CAC foi proposta para a classe de serviço de tempo real com taxa variável e baseia-se na predição do atraso médio calculado de acordo com o estado de ocupação dos buers nas estações assinantes. Avaliou-se, por meio de modelagem e simulação, vários cenários de redes com o intuito de testar a eciência do mecanismo de escalonamento e CAC. Pelos resultados obtidos, vericou-se que o mecanismo proposto é capaz de atender os requisitos de atraso máximo limitado para uxos de tempo real e vazão mínima para uxos de não tempo real. Além disso, constatou-se que o mecanismo proposto é capaz de evitar o bandwidth starvation dos uxos de baixa prioridade. / Mestre em Ciências

A segurança da informação, a diversidade de rotas entre os dispositivos da rede, o acesso ao meio de modo determinístico e isento de colisões e a mudança de canal frequente tornam a comunicação no protocolo WirelessHART robusta e confiável para utilização em meio industrial. Entretanto, para adoção crescente dessa tecnologia, é necessário que os fabricantes de sensores e atuadores industriais desenvolvam dispositivos WirelessHART. Disto surge a necessidade de criação de ferramentas capazes de auxiliar o desenvolvimento e depuração destes novos dispositivos de rede. O Analisador de rede WirelessHART é, sem dúvida, uma delas. Diversas abordagens são propostas para a análise de redes WirelessHART. Entretanto, em todas elas a utilização de um microcomputador como elemento do sistema inviabiliza sua utilização em campo. A presença de cabos, armazenamento local dos dados e exigência de baterias são alguns dos aspectos relevantes que devem ser levados em consideração quando o sistema precisa ser utilizado em campo. O presente trabalho propõe alternativas aos sistemas de análise de redes atuais apresentando duas propostas conceitualmente diferentes mas que cumprem os requisitos básicos para sua utilização em campo. Uma destas abordagens, baseada na proposta de integração entre um dispositivo de campo e o método inovador de captura de mensagens utilizando apenas um transceptor, é implementado como prova do conceito. / WirelessHART is a robust and reliable protocol for industrial environment usage because of its secure mechanism, the ability of programming several communication routes between network devices, and deterministic, free of collisions channel hopping medium access controller. However, in order to increase the adoption of this technology, it is necessary to increase the amount of WirelessHART manufacturers to develop industrial sensors and actuators devices. This leads to the necessity of create tools that will assist the development and debugging of new network compliant devices. The WirelessHART network analyzer is undoubtedly one of these tools. Various approaches are being proposed for the analysis of WirelessHART networks. However, all of them make use of a microcomputer as an element of the whole system and this difficults their use in real field applications. The presence of wires, lack of local data storage and other aspects such as batteries limitations must be considered when the users intend to use analysis systems in field. This work proposes alternatives to current analysis networks systems by presenting two conceptually different proposals that meet the basic requirements for the use in the field. One of them is based on the proposed integration between a field device and an innovative method of capturing messages using only one transceiver, which is implemented as proof of concept.

Com o aumento das aplicações e dispositivos para Internet das Coisas, muitos esforços para reduzir potência dissipada nos transceptores foram investidos. A maioria deles, entretanto, focam individualmente no rádio, nos conversores analógicos para digital e viceversa, e na arquitetura de banda base digital. Como consequência, há pouca margem para melhorias na potência dissipada nestes blocos isolados que compense o enorme esforço. Portanto, este trabalho propõe uma arquitetura adaptativa a nível de sistema focando em reduzir o consumo no conversor analógico para digital e no receptor digital. Ele utiliza um algoritmo robusto para o receptor banda base digital, um conversor analógico para digital topologia Sigma-Delta e um bloco de controle realimentado conforme a relação sinal ruído medida do pacote recebido. O sistema foi projetado para o protocolo IEEE 802.15.4. Para validação do sistema e estimar a potência consumida foi feito um modelo de sistema utilizando a ferramenta Matlab, uma descrição do hardware em linguagem Verilog e uma síntese lógica utilizando o processo da X-FAB XC018. As simulações mostram uma redução na potência consumida pelo sistema de até 13% e ainda atingindo os requisitos do protocolo. Os resultados deste trabalho foram publicados na conferência internacional em tecnologia de instrumentação e medidas de 2014 realizada na cidade de Montevidéu no Uruguai. / With the increase of Internet of Things applications and devices, many efforts to reduce power consumption in transceiver has been invested. Most of them targeted in RF frontend, converters, or in the digital baseband architecture individually. As result, there are few margins nowadays for power improvement in these blocks singly that compensates the huge hard work required. The next optimization step leads to a system level analysis seeking design space and new possibilities expansion. It is in this field that adaptive systems approaches are conquering ground recently. The solutions combines Radio Frequency (RF) and process variation techniques, Low Pass Filters (LPF) and Analog to Digital Converters (ADCs) adjustment for better performance, digital baseband bit width adaptive according to income packet SNR, configurable ADC resolution and topology, and others. In this scenario the current work proposes an adaptive system level architecture targeting ADC and digital receiver power reduction. It uses a robust algorithm for digital baseband receiver, a Sigma-Delta ADC, and suggests a feedback control block based on packet SNR measure. The system was designed for the IEEE 802.15.4 standard and required system modeling using Matlab tool, hardware description in Verilog language, and logic synthesis using X-FAB XC018 process for validation and power consumption estimation. Simulations show up to 15% of system power reduction and still meeting the standard requirements. The work results were published in the International Instrumentation and Measurement Technology Conference of 2014 occurred in Montevideo - Uruguay.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2009. / Submitted by Allan Wanick Motta (allan_wanick@hotmail.com) on 2010-03-03T20:31:17Z No. of bitstreams: 1 2009_CarinoAndradeRodrigues.pdf: 1586656 bytes, checksum: e08e55b5294c9eacf56e1f878c21392f (MD5) / Approved for entry into archive by Daniel Ribeiro(daniel@bce.unb.br) on 2010-03-04T00:26:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_CarinoAndradeRodrigues.pdf: 1586656 bytes, checksum: e08e55b5294c9eacf56e1f878c21392f (MD5) / Made available in DSpace on 2010-03-04T00:26:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_CarinoAndradeRodrigues.pdf: 1586656 bytes, checksum: e08e55b5294c9eacf56e1f878c21392f (MD5) Previous issue date: 2009-07 / O padrão IEEE 802.16 de ne uma rede de acesso, local e metropolitana, de banda larga sem o conhecida como WiMAX (worldwide interoperability for microwave access ). A norma estabelece requisitos de qualidade de serviço para tráfego multimídia. Para atingir estes objetivos, a BS (base station) deve controlar as requisições de largura de banda das SSs (subscriber station ) utilizando uma estratégia de escalonamento. A técnica de escalonamento não é descrita na norma, permitindo aos fabricantes a implementação de um algoritmo próprio. Tendo em vista a grande capacidade da tecnologia OFDMA ( orthogonal frequency division multiple access ), os algoritmos de escalonamento devem estar adaptados para funcionar com uma camada física que utilize esta tecnologia. Este trabalho propõe uma nova estratégia de camada MAC (medium access control ), simples e e caz, para o tráfego de uplink no modo PMP (point-to-multipoint ), com suporte à camada física em WirelessMAN - OFDMA, utilizando o método PUSC (partial usage of subchannels ) para associação de subcanais. O comportamento da técnica foi testado utilizando-se o simulador NS-2 (Network Simulator 2), permitindo a veri cação da justa distribuição dos recursos da rede entre estações do mesmo tipo de tráfego e o atendimento a requisitos de qualidade de serviço entre os diferentes tipos de tráfego. Adicionalmente, veri cou-se a adaptabilidade da estratégia de escalonamento aos possíveis per s de transmissão de uma rede WiMAX. ________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The standard IEEE 802.16 de nes xed and mobile broadband wireless access systems for local and metropolitan area networks, also called WiMAX (worldwide interoperability for microwave access). The standard establishes requirements of quality of service for multimedia tra c. To achieve these objectives, the BS (base station) shall monitor the requests of bandwidth from the SS's (subscriber station) using a scheduling strategy. The technique of scheduling is not described in the standard, allowing manufacturers to implement an algorithm by themselves. Considering the large capacity and exibility of OFDMA (orthogonal frequency division multiple access), the scheduling algorithms must be adapted to work with a physical layer using this technology. This work proposes a new strategy for MAC (medium access control) layer, simple and objective, for uplink tra c on the PMP (point-to-multipoint) mode, supporting PHY WirelessMAN - OFDMA layer, using PUSC (partial usage of subchannels) method for assigning logical subchannels. The technique was simulated using the NS-2 (Network Simulator 2), allowing the veri cation of the fair distribution of network resources between the stations of the same tra c type and the achievement of quality of service requirements between di erent tra c types. Additionally, it was observed the adaptability of the scheduling strategy to possible transmission pro les of a WiMAX network.

abstract: Contention based IEEE 802.11MAC uses the binary exponential backoff algorithm (BEB) for the contention resolution. The protocol suffers poor performance in the heavily loaded networks and MANETs, high collision rate and packet drops, probabilistic delay guarantees, and unfairness. Many backoff strategies were proposed to improve the performance of IEEE 802.11 but all ignore the network topology and demand. Persistence is defined as the fraction of time a node is allowed to transmit, when this allowance should take into account topology and load, it is topology and load aware persistence (TLA). We develop a relation between contention window size and the TLA-persistence. We implement a new backoff strategy where the TLA-persistence is defined as the lexicographic max-min channel allocation. We use a centralized algorithm to calculate each node's TLApersistence and then convert it into a contention window size. The new backoff strategy is evaluated in simulation, comparing with that of the IEEE 802.11 using BEB. In most of the static scenarios like exposed terminal, flow in the middle, star topology, and heavy loaded multi-hop networks and in MANETs, through the simulation study, we show that the new backoff strategy achieves higher overall average throughput as compared to that of the IEEE 802.11 using BEB. / Dissertation/Thesis / M.S. Computer Science 2013