Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas / Made available in DSpace on 2013-06-25T18:35:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 310277.pdf: 2584549 bytes, checksum: 72556c6a6fda9b394ba7d7e84bef3628 (MD5) / Neste trabalho é proposta uma abordagem de comunicação para controlar a probabilidade de envio dos nodos IEEE 802.15.4 visando a fusão de dados paralela em uma rede de sensores sem fio. O objetivo é ajustar o número de mensagens enviadas pelos sensores estabelecendo uma solução de compromisso entre reduzir o tráfego de mensagens e garantir que, em média, um número suficiente de mensagens alcance o centro de fusão de dados. Este número de mensagens deve garantir que o centro de fusão execute seu algoritmo com um determinado grau de confiabilidade. Técnicas convencionais como Dempster-Shafer ou Filtro de Kalman são exemplos de técnicas de fusão de dados que podem ser utilizadas em conjunto com esta abordagem. Para validar a proposta, uma solução de hardware e software foi desenvolvida, a fim de se obter um melhor desempenho energético, e permitir alcançar os objetivos. Os experimentos revelaram que o algoritmo proposto consegue elevar o tempo de vida da rede com a economia de energia alcançada. Os resultados obtidos mostraram a efetividade da proposta, principalmente para monitoramento em ambientes com informações redundantes, uma vez que mais nodos conseguem economizar energia. / In this research work is proposed a novel communication approach to control the sending probability of the IEEE 802.15.4 nodes to achieve parallel data fusion inWireless Sensor Networks. This approach aims at adjusting the number of sent messages by the sensor nodes, establishing a tradeoff between the number of sent messages and the quality of data fusion. The number of messages received by the fusion center must guarantee a determined degree of reliability. Conventional data fusion techniques, such as Demspter-Shafer or Kalmann Filter, can be employed using the proposed approach. A prototype was implemented and experimental results show the effectiveness of this proposal.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2013-06-25T21:59:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 310925.pdf: 9180851 bytes, checksum: 71679dea18a65221a72a0e22c37b119a (MD5) / Este trabalho propõe a otimização do posicionamento de antenas em sistemas de comunicação sem fio para ambientes interiores (indoor) por meio de meta-heurísticas populacionais associadas à Técnica de Traçado de Raios. Algoritmos Genéticos (GA) e Otimizadores por Enxames de Partículas (PSO) foram as duas modalidades de meta-heurísticas utilizadas como ferramentas de otimização. Em todas as aplicações, a Técnica de Traçado de Raios foi utilizada para o cálculo da função objetivo, utilizada para predição da cobertura indoor. As variáveis do problema são compostas pelas posições das antenas das estações base, que servem como dados de entrada para o algoritmo de Traçado de Raios. Por sua vez, tal algoritmo retorna a aptidão de cada indivíduo que compõe a população em uma dada iteração do processo de otimização. Para aplicações multiobjetivo, o PSO foi estendido usando o conceito de dominância de Pareto, por meio de um otimizador por enxame de partículas multiobjetivo (MOPSO). Uma ferramenta de predição mais precisa foi implementada, utilizando-se um algoritmo de Traçado de Raios "quase-3D" aplicável a ambientes interiores (RTQ3D-indoor). No método proposto, os raios transmitidos através de obstáculos são considerados de forma precisa, e os efeitos da terceira dimensão são contemplados por meio da conversão de cada raio 2D em cinco raios 3D. O algoritmo RTQ3D-indoor foi avaliado por meio de uma série de comparações com medições obtendo-se resultados tão bons quanto os obtidos por meio de algoritmos plenamente tridimensionais. Por fim, diversos estudos de caso são apresentados como aplicações de associações das meta-heurísticas com os algoritmos de Traçado de Raios. / This work proposes the optimization of antennas placement in wireless communication systems for indoor environments by means of population-based meta-heuristics associated with the Ray Tracing Technique. Genetic Algorithms (GA) and Particle Swarm Optimizers (PSO) were the two types of meta-heuristics used as optimization tools. In all applications, the ray-tracing technique was used to evaluate the objective function to predict indoor coverage. The variables of the problem correspond to the positions of the antennas of the base stations, which are used as input to the Ray-Tracing algorithm. Such algorithm returns the fitness of each individual that makes up the population at a given iteration of the optimization process. For multi-objective applications, the PSO is extended using the concept of Pareto dominance through the multi-objective particle swarm optimizer (MOPSO). A more accurate prediction tool was implemented using a ray tracing algorithm "quasi 3D" applicable to indoor environments (RTQ3D-indoor). In the proposed method, the transmitted rays through obstacles are considered accurately and the effects of the third dimension are considered by converting each 2D path in five 3D rays. The algorithm RTQ3D-indoor was evaluated by comparison with measurements. The results were as good as those obtained by algorithms full 3D ray-tracing algorithms. Finally, several study cases are presented as applications of the meta-heuristics and ray-tracing algorithms associations.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação. / Made available in DSpace on 2013-07-15T23:18:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 220971.pdf: 1996250 bytes, checksum: 9819d5552f13c2fd937e1dec9b160ad7 (MD5) / O cenário que surge com a maior utilização dos sistemas computacionais de alto desempenho e mais recentemente com o advento das redes locais wireless tem requerido uma demanda cada vez maior por ferramentas e mecanismos para o controle e monitoração destes ambientes. Esse fato decorre, uma vez que a utilização destes sistemas computacionais em ambientes reais tem a cada dia nos indicado a necessidade do seu contínuo funcionamento. Desta forma, muitos serviços têm que estar disponíveis de forma ininterrupta. Possíveis falhas podem causar erros, fazendo com que o sistema apresente um defeito. Por esta razão, uma forma de redundância se faz necessária para evitar que tais defeitos acarretem prejuízos ao ambiente de alto desempenho.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:10:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 325160.pdf: 7622979 bytes, checksum: a6b5e68dd302fa3e4a0c476431266adc (MD5) Previous issue date: 2013 / O conceito de Internet das Coisas vem ganhando força, promovendo a integração dos mais simples dispositivos à rede mundial de computadores. O padrão 6LoWPAN permite que tais dispositivos, mesmo com poucos recursos de energia, processamento e memória, conversem com dispositivos comuns compatíveis com o padrão IPv6 através do uso de técnicas de compressão e fragmentação. O presente trabalho contempla o projeto e implementação de nós que utilizam o padrão 6LoWPAN, assim como um Gateway para integração dos nós com uma rede Ethernet. O desempenho de tais dispositivos é avaliado e suas funcionalidades validadas. O padrão 6LoWPAN é analisado e comparado ao uso do IPv6 sem compressão em testes práticos.<br> / Abstract : The Internet of Things concept is getting stronger by connecting the simplest devices to the Internet. 6LoWPAN allows these devices, despite their limitations of power availability, processing speed and memory, to communicate with IPv6 regular devices by the use of compression and fragmentation techniques. This work contemplates the project and implementation of 6LoWPAN nodes and a gateway for their integration to an Ethernet network. The performance of the devices is evaluated and their functionality validated. The 6LoWPAN specification is analysed and compared to the use of IPv6 without compression in practical tests.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:14:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 325457.pdf: 3904087 bytes, checksum: 473a82aa803f07b7fcf9023d1a5c3151 (MD5) Previous issue date: 2013 / O conhecimento das reais condições de operação de dutos destinados ao transporte de óleo e gás é de fundamental importância econômica e social. O vazamento desses produtos acarreta, além dos prejuízos financeiros associados ao reparo do duto e ao desperdício de produtos, graves consequências para o local atingido.O monitoramento de deformações sofridas pelos dutos é um dos métodos mais utilizados na prevenção dessas falhas. Além disso, o monitoramento da sua inclinação também pode indicar que o duto sofreu, ou está sofrendo, esforços mecânicos que podem prejudicar sua integridade. Por esse motivo, é de interesse das empresas responsáveis a medição dessas grandezas, tanto pelo lado interno quanto pelo lado externo dos dutos. Grande parte dos dutos utilizados para transporte está enterrada ou submersa. Tal fato dificulta o acesso contínuo a diversos pontos do seu lado externo, considerados críticos do ponto de vista da sua integridade. No entanto, existem equipamentos, conhecidos como PIGs (do inglês, Pipeline Inspection Gauges), capazes de percorrer o lado interno, realizando limpeza, separação de produtos ou medições. Nesse contexto, o presente trabalho propõe uma abordagem inédita de comunicação sem fio, em movimento, através de paredes metálicas, entre transdutores instalados do lado de fora do duto e os PIGs. Para tanto, foram pesquisadas as principais tecnologias utilizadas em comunicação sem fio, considerando-se as dificuldades inerentes ao efeito de gaiola de Faraday, provocado pelas paredes de aço dos dutos. Estudos foram realizados para demonstrar as vantagens e limitações do emprego da radiofrequência e do ultrassom para a comunicação através de paredes metálicas. Para a comunicação por ultrassom, uma bancada foi desenvolvida e transdutores específicos, denominados EMATs (do inglês, Electromagnetic Acoustic Transducer), foram desenvolvidos e avaliados.Os resultados obtidos com esse trabalho servem não apenas para aplicação em dutos de óleo e gás, mas também para outras aplicações onde exista a necessidade de comunicação através de paredes metálicas.<br> / Abstract : The knowledge of real operation conditions of pipelines for transporting oil and gas is of fundamental economic and social importance. The leakage of these products, in addition to the financial losses associated with pipe repair and product waste, represents serious consequences for the affected area. The monitoring of pipelines strains is one of the most used methods for preventing these faults. Moreover, the monitoring of its tilting can also indicate that the pipeline has suffered, or is suffering, mechanical stresses that can damage its integrity. For this reason, it is of great interest the measurement of these quantities, inside and outside the duct. A large part of the pipeline used for transportation is buried or submerged. This fact complicates the continuous access of several points on the outside of the pipe, considered critical in terms of its integrity. However, there are devices, known as PIGs, (Pipeline Inspection Gauges) able to scroll through the inside of the pipes, performing cleaning, product separation or measurements. In this context, this work proposes a novel approach of wireless communication, in movement, through metal walls, between the transducers installed on the outside of the pipeline and the PIG. For this purpose, it was studied the main technologies used in wireless communications, considering the difficulties inherent of the Faraday cage effect, caused by the steel walls of the pipe. Studies were performed to demonstrate the advantages and limitations of the use of radiofrequency and ultrasound for communication through metal walls. For communication with ultrasound, a test bench was developed and specific transducers, called EMATs (Electromagnetic Acoustic Transducers) were developed and evaluated. The results obtained with this work serve not only for application in oil and gas pipelines, but also for other applications where there is a need for communication through metal walls.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-01-31T03:09:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343683.pdf: 697227 bytes, checksum: 14ce6e180845c8fdb3aac1825ead7d06 (MD5) Previous issue date: 2016 / Esta tese apresenta um estudo sobre o chamado canal de retransmissão bidirecional (TWRC, do inglês Two Way Relay Channel) sob diferentes técnicas de transmissão. Como primeira contribuição, é obtido para cada técnica de transmissão o limitante teórico para a taxa efetiva de transferência, em função da relação sinal-ruído (SNR, do inglês Signal to Noise Ratio), bem como é indicada a correspondente taxa de mensagem ótima, ou seja, aquela com a qual a máxima taxa efetiva pode ser alcançada. Expressões otimizadas para as duas taxas (ambas expressas em bits por símbolo complexo) são derivadas para o TWRC sob desvanecimento quase-estático do tipo Rayleigh e sob as técnicas de transmissão de roteamento (RO), de codificação de rede (NC) e de codificação de rede na camada física (PNC). Para PNC, foram consideradas as estratégias de retransmissão Decodifica-e-Encaminha (DF) e Computa-e-Encaminha (CF). Além disso, para aumentar a taxa de transferência na técnica PNC, foi considerada a utilização de um buffer de pacotes (PB) na estação relay. A partir dos resultados numéricos, várias conclusões importantes foram obtidas, como por exemplo que CF-PNC com PB é a melhor técnica para SNR de moderada a alta. Como segunda contribuição desta tese, formas de codificação de canal integrada à codificação de rede na camada física foram consideradas, visando alcançar ou se aproximar da máxima taxa efetiva de transferência e assim validar os limitantes obtidos. Para a estratégia DF-PNC, foram projetados códigos de canal integrados turbo com diferentes taxas de mensagens. A fim de melhorar o desempenho, foram implementadas modificações no algoritmo de decodificação dos códigos turbo propostos. Para a estratégia CF-PNC, a técnica de codificação de rede via reticulados sobre anéis de inteiros, recentemente introduzida por Feng, Silva e Kschischang, foi considerada. Foram projetados códigos de reticulados sobre anéis de inteiros complexos obtidos a partir de códigos turbo binários, fazendo uso da Construção A Levantada. Resultados de simulação envolvendo as duas propostas de codificação de canal integrada à codificação de rede na camada física associadas às técnicas DF-PNC e CF-PNC corroboram os resultados teóricos sobre taxas obtidos na primeira parte desta tese.<br> / Abstract : This Ph.D. dissertation presents a study of the so-called two-way relay channel (TWRC) under different transmission techniques. As a first contribution, the theoretical limit on the effective transfer rate, as a function of the signal-to-noise ratio (SNR), as well as the corresponding message rate (i.e., the information rate at which the maximum effective transfer rate is achieved) are obtained. Optimized expressions for the two rates (both expressed in bits per complex symbol) are derived for the TWRC under quasi-static Rayleigh fading and under three transmission techniques, namely, routing (RO), network coding (NC), and physical-layer network coding (PNC). For PNC, the decode-and-forward (DF) and compute-and-forward (CF) retransmission strategies are considered. Additionally, in order to increase the transfer rate in PNC, the utilization of a packet buffer (PB) is considered in the relay station. From numerical simulation results, several important conclusions are drawn, for instance, that CF-PNC with PB is the best technique for moderate-to-high SNR. As a second contribution of this dissertation, forms of channel coding integrated to physical-layer network coding are considered, aiming at achieving or approaching the maximum effetive transfer rate, thus validating the derived limits. For the DF-PNC strategy, integrated turbo channel codes with different message rates are designed. To get a better performance, some modifications are implemented in the decoding algorithms for the proposed turbo codes. For CF-PNC, the techique named network coding via lattices over integer rings, recently introduced by Feng, Silva, and Kschischang, is considered. Lattice codes over complex integer rings obtained from binary turbo codes, making use of Lifted Construction A, are designed. Simulation results for the two proposed channel coding techniques integrated to physical-layer network coding, associated with DF-PC and CF-PNC, corroborate the theoretical results on rates obtained in the first part of the dissertation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina , Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação / Made available in DSpace on 2012-10-21T01:24:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 199342.pdf: 587064 bytes, checksum: bad55b05cfa973833772b31e68d4177b (MD5) / A crescente necessidade de gerenciar aplicações de voz, dados e imagem em uma única plataforma, sob o conceito de pacotes, está promovendo uma verdadeira transformação nas infra-estruturas das operadoras de telecomunicações. A antiga prioridade da transmissão de voz agora começa a ceder lugar às novas tecnologias que permitirão às operadoras, num futuro próximo, oferecer serviços mais sofisticados, a preços compatíveis com o perfil dos usuários. Trata-se de atualização tecnológica inevitável que beneficia a ambos os lados. Ao usuário, porque abre a perspectiva de acesso a serviços inovadores e tarifas mais acessíveis. E às operadoras, devido ao fato de poderem reduzir custos com gerenciamento e controle de suas infra-estruturas, uma vez que contarão com rede única, na qual trafegarão dados e voz. Uma forte tendência aponta para a adoção do protocolo IP como padrão para tráfego de voz nas redes de dados corporativas tornando-as redes convergentes. A questão mais crítica que todas as operadoras enfrentam é o fator tempo de mercado. Para unir o duplo desafio da construção de uma rede convergente e seu rápido emprego, as operadoras estão optando por um ambiente sem fio de comutação de pacotes. A rede sem fio de comutação de pacotes é uma alternativa ótima para reduzir custos e conta com a facilidade e rapidez na construção de uma infra-estrutura. A rede sem fio pode ser empregada em paralelo com a infra-estrutura existente, ou como infra-estrutura para operadoras emergentes. Nesse contexto, este trabalho se propõe a avaliar o desempenho de VoIP (Voice over IP) em uma rede convergente sem fio, definindo metodologia, ferramentas e métricas. Os objetivos a serem alcançados são: compreensão das tecnologias de VoIP e rede sem fio, análise de tráfego de VoIP em redes sem fio e definição de variáveis que influenciam no desempenho deste tráfego.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação. / Made available in DSpace on 2012-10-19T21:32:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 188776.pdf: 1505751 bytes, checksum: 03ea66df4ad7299245d945677ebe5f16 (MD5) / As ocorrências de desconexões nos ambientes de computação móvel podem traduzir-se em falhas nos processos dos bancos de dados, levando o ambiente de banco de dados a um estado inconsistente. Além do processo de movimentação, a possibilidade de esgotamento da energia disponível nas unidades móveis pode levar a uma falha na manutenção das transações de um banco de dados móvel. Mecanismos de recuperação de falhas em ambientes de bancos de dados móveis são propostos na literatura. A análise de algumas destas propostas foi efetivada procurando identificar o comportamento do mecanismo em relação aos seguintes itens: localização da área de armazenamento estável, local de armazenamento dos registros de checkpoint e log, possibilidade de previsão da ocorrência da falha, utilização de estruturas de dependência e construção de registros de checkpoint através da troca de mensagens. Também foram analisadas as propostas de recuperação de falhas em bancos de dados móveis, implementadas pelos principais SGBD comerciais. Esta análise tem por objetivo identificar a aplicação de alguns dos mecanismos estudados, nos produtos comerciais em análise. O estudo de cada produto aconteceu com base na verificação da documentação técnica das soluções de computação móvel de cada fabricante. Foram identificados os tratamentos dados por cada produto em relação aos seguintes itens: suporte a transações, possibilidade de trabalho desconectado, utilização de arquivo de log, mecanismo de sincronização e detecção de conflitos, suporte a falhas em transações entre as unidades móveis e a rede estacionária.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação. / Made available in DSpace on 2012-10-20T00:54:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 184722.pdf: 4392713 bytes, checksum: 0176c9e2cd1eacfae130e170b967e06f (MD5) / No momento atual, a crescente competitividade do mercado tem requerido níveis elevados de eficiência e qualidade das organizações. Padrões de qualidade e produtividade nos serviços prestados são fortemente exigidos, como elemento diferencial de sucesso. As tecnologias baseadas em radiofreqüência surgem com bastante força no mercado, como é o caso das Redes Locais Sem Fio (Wireless Local Area Network), as quais combinam funcionalidade, flexibilidade, conectividade de dados e mobilidade de usuários em diversos ambientes como: estabelecimentos educacionais e industriais, áreas prediais e campus. Este trabalho apresenta uma avaliação do comportamento de um enlace sem fio em ambiente aberto, segundo o padrão IEEE 802.11b. Esta avaliação é realizada por medição, através de ferramentas específicas, a partir de estudos dos princípios e parâmetros que influenciam a performance das redes sem fio. Como produto final, além da avaliação do comportamento do enlace sem fio, tem-se a proposta de uma metodologia para esse tipo de avaliação e um relatório conclusivo de perfil de link wireless, em ambiente aberto. Este relatório tem por objetivo apresentar informações referentes ao enlace em estudo, contendo representações gráficas, testes, cálculos, tabelas, fotografias e medições que permitam a caracterização do link wireless.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação / Made available in DSpace on 2012-10-20T04:33:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 189886.pdf: 1181990 bytes, checksum: fe0e6a01aec5c18f18b8e93ad8b86b90 (MD5) / Este trabalho aborda o conceito de qualidade de serviços aplicada em dispositivos que utilizam a tecnologia Bluetooth. O Bluetooth é uma tecnologia de comunicação de rádio-freqüência, baixo consumo de energia, baixo alcance e alta capacidade de transferência de sinais. Bluetooth forma redes chamadas ad hoc, onde o dispositivo master é o que inicia o processo de descobrimento de outros dispositivos sob sua área de cobertura de sinal. Os dispositivos que respondem ao master são chamados de slaves, e assim formam piconets. Quando há sobreposição de áreas de cobertura entre piconets, e há troca de sinalização entre elas, formam-se as scatternets. Na pilha de protocolos do Bluetooth estão os protocolos L2CAP e Baseband, e entre eles está a interface do Host Controller. Através desta interface, o L2CAP envia comandos para o Baseband e, no sentido contrário, o Baseband envia eventos para o host. Num dispositivo slave pode haver uma aplicação gerando tráfego melhor esforço em taxas superiores à outra aplicação gerando tráfego com requisitos de qualidade de serviços. Pela diferença das taxas de geração de tráfego, a fila do Host Controller pode ficar congestionada com tráfego melhor esforço. Este problema pode ser extendido para scatternets, quando o tráfego de uma piconet pode gerar congestionamento sobre o dispositivo gateway que faz a conexão com outra piconet. A fila do Host Controller implementa uma fila do tipo First In First Out (FIFO), que não faz o gerenciamento do conteúdo da fila. Para solucionar o problema, esquemas de fila alternativos podem ser implementados, como Fair Queuing, Stochastic Fair Queuing e Deficit Round Robin. A contribuição deste trabalho está na realização de simulações com o software Network Simulator - versão 2. Os esquemas de fila citados foram simulados e, o melhor desempenho foi obtido com o esquema Deficit Round Robin. Foram comparados os resultados de perda de pacotes, latência e jitter, considerando seis tamanhos de pacotes diferentes.