This thesis deals with the measurement of physical quantities in building using decentralized system for data collecting. The system consists of Raspberry Pi as a master device of the system. There are three branches connected to this master device. Each branch consists of up to 32 modules for data-concentration from sensors of physical quantities. The Raspberry Pi has implemented web interface for displaying measured values and system administration.

The diploma thesis focuses on optical fiber sensors with detailed preview of the turbidity sensor, its design and testing. The introduction deals with the general theory of fiber sensors and measurement methodology of physical variables. This part is followed by a charter focusing on the possible ways of measuring turbidity. Furthermore, the diploma thesis introduces design of the new turbidity sensor which is realized with consideration of the industrial usage and future application to the automated process of beer production. It also includes a detailed description of the hardware and software sensors created within this thesis. The last section is devoted to a calibration and testing functionality of turbidity sensor.

Diploma thesis deals with creating four laboratory tasks using simulation tool OMNeT++ and Inet Framework extension. Subject matter of these designed tasks is focused on routing protocols, providing quality of service, computer networking technologies used in local area networks and comparison of active networking devices. First task contains the comparison of behaviour and routing techniques between protocols RIPv2 and OSPFv2, including the effect of dividing OSPF network into smaller areas. Second task is focused on various techniques for controlling quality of service, namely FIFO queue, PQ and WFQ. Main goal is the comparison of results, that define quality of network services. Third task compares networking technologies, Ethernet and WLAN, parameters of transmission. Fourth task offers comparison of networking devices, hub, switch and router. This paper also contains required theory of network technologies and software tools used for executing simulations.

Diplom work describes a proposal and the design of the device for controlling the temperature test in a climatic chamber Heraeus and the creation of software for operating equipment. Work describes in detail the design and construction interface for the climate chamber, with which will be able to run automated test sequences and the development of the firmware and the operating software to start the temperature test.

This work shows and implements possibilities of OSI Layer-2 Network Topology Discovery based on information from Cisco Discovery Protocol, Spanning Tree Protocol and Switches' Filtering Databases. / Diese Arbeit zeigt und implementiert Möglichkeiten zur OSI Layer-2 Netzwerk Topologie Erkennung basierend auf Informationen des Cisco Discovery Protocol, Spanning Tree Protocol und Switch Filter Datenbanken.

The broadcast function MPI_Bcast() from the MPI-1.1 standard is one of the most heavily used collective operations for the message passing programming paradigm. This diploma thesis makes use of a feature called "Multicast", which is supported by several network technologies (like Ethernet or InfiniBand), to create an efficient MPI_Bcast() implementation, especially for large communicators and small-sized messages. A preceding analysis of existing real-world applications leads to an algorithm which does not only perform well for synthetical benchmarks but also even better for a wide class of parallel applications. The finally derived broadcast has been implemented for the open source MPI library "Open MPI" using IP multicast. The achieved results prove that the new broadcast is usually always better than existing point-to-point implementations, as soon as the number of MPI processes exceeds the 8 node boundary. The performance gain reaches a factor of 4.9 on 342 nodes, because the new algorithm scales practically independently of the number of involved processes. / Die Broadcastfunktion MPI_Bcast() aus dem MPI-1.1 Standard ist eine der meistgenutzten kollektiven Kommunikationsoperationen des nachrichtenbasierten Programmierparadigmas. Diese Diplomarbeit nutzt die Multicastfähigkeit, die von mehreren Netzwerktechnologien (wie Ethernet oder InfiniBand) bereitgestellt wird, um eine effiziente MPI_Bcast() Implementation zu erschaffen, insbesondere für große Kommunikatoren und kleinere Nachrichtengrößen. Eine vorhergehende Analyse von existierenden parallelen Anwendungen führte dazu, dass der neue Algorithmus nicht nur bei synthetischen Benchmarks gut abschneidet, sondern sein Potential bei echten Anwendungen noch besser entfalten kann. Der letztendlich daraus entstandene Broadcast wurde für die Open-Source MPI Bibliothek "Open MPI" entwickelt und basiert auf IP Multicast. Die erreichten Ergebnisse belegen, dass der neue Broadcast üblicherweise immer besser als jegliche Punkt-zu-Punkt Implementierungen ist, sobald die Anzahl von MPI Prozessen die Grenze von 8 Knoten überschreitet. Der Geschwindigkeitszuwachs erreicht einen Faktor von 4,9 bei 342 Knoten, da der neue Algorithmus praktisch unabhängig von der Knotenzahl skaliert.

This graduation thesis is aimed at design and implementation of embedded systems, network communication and support of the network communication for embedded systems. Furthermore it introduces school platform FITkit and offers a conceptional extension of the network interface for this platform based on Ethernet network standard. Based on that conception I'm trying to find and describe suitable solution for FITkit platform which realizes a network interface as a form of extension module capable of development supporting.

[ES] La distribución de contenidos multimedia, tanto a través de Internet como de redes gestionadas dedicadas exclusivamente a este fin, está teniendo una mayor cuota del tráfico total y crece cada día, especialmente el servicio de vídeo streaming. Por ello, ha surgido el interés de investigar para mantener y mejorar la Calidad de Servicio (QoS) en redes de acceso y backbone, y ofrecer Calidad de Experiencia (QoE) a los usuarios finales; mediante el ajuste de parámetros, configuraciones, protocolos y algoritmos a los requerimientos de la red en cuanto a la alta demanda de tráfico de vídeo. Lo anterior aprovechando al máximo los recursos de la red, tanto en el núcleo y las redes de acceso, como el ancho de banda y la capacidad total instalada, y al mismo tiempo, proponiendo alternativas de transporte eficientes para el tráfico de vídeo agregado sin incrementar los costos de los servicios; y alternativas para reducir los costos operativos y gastos de mantenimiento de manera eficiente, como por ejemplo la reducción del consumo de energía. En primer lugar, esta tesis aborda el estudio de propuestas de conmutación óptica en redes troncales y la distribución de contenidos multimedia, particularmente la propuesta de Red de Conmutación Óptica de Ráfagas (OBS) desde el punto de vista de la Ingeniería Telemática. Por lo tanto, se estudia la arquitectura, protocolos y algoritmos de estas redes para hacer aportes a la evaluación del tráfico de vídeo y alternativas para ofrecer QoS y QoE para el tráfico multimedia. En este sentido, este trabajo contribuye con propuestas para la evaluación de la calidad mediante simulación utilizando trazas de transmisiones de vídeo reales, y propuestas de algoritmos de scheduling y ensamblaje de ráfagas ópticas para ofrecer QoS y QoE al tráfico de vídeo en las redes OBS. En segundo lugar, se estudian los patrones de tráfico de vídeo a nivel de aplicación y de red para caracterizarlos y realizar estudios de eficiencia energética y ahorro de consumo energético en las tarjetas de red utilizadas por servidores de vídeo en streaming y clientes que implementan el estándar IEEE 802.3az Energy Efficient Ethernet (EEE), tanto en redes gestionadas, como IPTV que implementa transmisión de vídeo RTP, como en redes no gestionadas, como Internet, que implementa el estándar Dynamic Adaptive Streaming over HTTP (DASH) para servicios Over The Top (OTT). Para alcanzar este objetivo, se implementan testbeds y se llevan a cabo experimentos para concluir cómo el tráfico de vídeo podría beneficiarse de la eficiencia energética y lograr una reducción a gran escala en el consumo de energía si el estándar EEE se implementa a nivel mundial en las tarjetas Ethernet de los dispositivos involucrados en la distribución de vídeo. El tema integrador que se aborda en esta tesis es la distribución de vídeo digital. Por lo tanto, este trabajo también presenta un estudio sobre la codificación y adaptación de transmisión de vídeo en redes IP, presentando aspectos relacionados con la evaluación de la calidad de vídeo y la evaluación de la calidad de transmisión de la red. Por ello, se proponen e implementan metodologías y bancos de pruebas que involucran la programación y ejecución de simuladores, scripts, algoritmos, software y, en general, frameworks para realizar estudios de transmisiones de vídeo en redes de telecomunicaciones, cubriendo el amplio espectro de las Comunicaciones Multimedia. Este estudio podría ser de utilidad para emprender otros estudios necesarios ante la rápida evolución tanto de la demanda de servicios multimedia como de las propuestas de nuevas técnicas de distribución de contenidos. / [CAT] La distribució de continguts multimèdia, a través d'Internet i a través de xarxes gestionades dedicades exclusivament a aquesta finalitat, està tenint una part més gran del trànsit total i augmenta cada dia, especialment el servei de streaming de vídeo. Per tant, ha sorgit l'interés de la recerca per mantenir i millorar la Qualitat de Servei (QoS) en les xarxes d'accés i troncals, i per oferir Qualitat d'Experiència (QoE) als usuaris finals, ajustant paràmetres, configuracions, protocols i algoritmes als requeriments de la xarxa pel que fa a l'alta demanda de trànsit de vídeo. Aquest últim, aprofitant al màxim els recursos de xarxa al nucli i a les xarxes d'accés, com ara l'amplada de banda i la capacitat instal·lada total, i alhora, proposant alternatives de transport eficients per al trànsit agregat de vídeo sense augmentar els costos dels serveis i alternatives per reduir les despeses operatives i de manteniment d'una manera eficient, com ara reduir el consum d'energia. En primer lloc, aquesta tesi tracta l'estudi de les propostes de commutació òptica en xarxes troncals pel que fa a la distribució de continguts multimèdia, especialment l'estudi de la proposta de xarxes de commutació de ràfegues òptiques (OBS) des del punt de vista de l'Enginyeria Telemàtica. Per tant, s'estudia l'arquitectura, els protocols i els algoritmes d'aquestes xarxes per fer contribucions a l'avaluació del trànsit de vídeo i alternatives per oferir QoS i QoE per al trànsit multimèdia. En aquest sentit, aquest treball contribueix amb propostes per a l'avaluació de la qualitat mitjançant la simulació utilitzant traces de transmissions de vídeo reals, i propostes d'algoritmes de programació i muntatge de ràfegues òptiques per oferir QoS i QoE al trànsit de vídeo a les xarxes OBS. En segon lloc, s'estudien els patrons de trànsit de vídeo a nivell d'aplicació i xarxa per caracteritzar-los i realitzar estudis sobre eficiència energètica i estalvi energètic en les targetes de xarxa utilitzades pels servidors i clients de vídeo en streaming que implementen l'IEEE 802.3az Energy Efficient Ethernet (EEE) estàndard, tant en xarxes gestionades com IPTV, que implementa la transmissió de vídeo RTP, com en xarxes no gestionades com Internet, que implementa l'estàndard Dynamic Adaptive Streaming sobre HTTP (DASH) per als serveis Over The Top (OTT). Per assolir aquest objectiu, s'implementen bancs de proves i es realitzen experiments per concloure com el trànsit de vídeo podria beneficiar l'eficiència energètica i aconseguir una reducció a gran escala del consum d'energia si s'implementa l'estàndard EEE a les targetes Ethernet dels dispositius implicats en la distribución de vídeo. El tema integrador que s'aborda en aquesta tesi és la distribució de vídeo digital, per tant, aquest treball també presenta un estudi sobre la codificació i adaptació de la transmissió de vídeo a les xarxes IP, presentant aspectes relacionats amb l'avaluació de la qualitat del vídeo i l'avaluació de la qualitat de la transmissió de la xarxa. Per això, es proposen i s'implementen metodologies i bancs de proves que impliquen la programació i execució de simuladors, scripts, algoritmes, programari i, en general, frameworks per a la realització d'estudis de transmissions de vídeo en xarxes de telecomunicacions, abastant l'ampli espectre de les Comunicacions Multimèdia. Aquest estudi podria ser útil per emprendre altres estudis necessaris en la ràpida evolució tant de la demanda de serveis multimèdia com de les noves propostes de tècniques de distribució de continguts. / [EN] Multimedia content distribution, both over the Internet and over managed networks dedicated exclusively for this purpose, is having a greater share of total traffic and it is raising every day, especially the video streaming service. Therefore, research interest has arisen to maintain and improve the Quality of Service (QoS) in access and backbone networks, and to offer Quality of Experience (QoE) to end users, by adjusting parameters, configurations, protocols and algorithms to the network requirements regarding the video traffic high demand. The latter is carried out taking full advantage of the network resources at core and access networks such as bandwidth and total installed capacity, and at the same time, proposing efficient transportation alternatives for the aggregated video traffic without increasing services costs and alternatives to reduce operational and maintenance expenditures in an efficient manner, such as reducing the energy consumption. In the first place, this thesis deals with the study of optical switching proposals in backbone networks regarding multimedia content distribution, particularly studying the Optical Bursts Switching (OBS) Networks proposal from the Telematics Engineering point of view. Therefore, architecture, protocols and algorithms of these networks are studied to make contributions to the video traffic evaluation and alternatives to offer QoS and QoE for multimedia traffic. In this sense, this work contributes with proposals for the evaluation of quality through simulation using traces of real video transmissions, and optical burst assembly and scheduling algorithms proposals to offer QoS and QoE to video traffic in the OBS networks. Secondly, video traffic patterns at the application and network level are studied to characterize them and carry out studies on energy efficiency and energy consumption savings in the network cards used by streaming video servers and clients that implement the IEEE 802.3az Energy Efficient Ethernet (EEE) standard, both in managed networks, such as IPTV that implements RTP video streaming, and unmanaged networks, such as Internet which implements Dynamic Adaptive Streaming over HTTP (DASH) standard for Over The Top (OTT) services. To reach this goal, testbeds are implemented, and experiments are carried out to conclude how video traffic could benefit from the energy efficiency and achieve a large-scale reduction in energy consumption if the EEE standard is implemented word wide in the Ethernet cards of devices involved in video distribution. The integrating subject that is addressed in this thesis is the distribution of digital video. Therefore, this work also presents a study on the IP networks video transmission encoding and adaptation, presenting aspects regard the video quality evaluation and the network transmission quality assessment. Therefore, methodologies and testbeds are proposed and implemented that involves programming and execution of simulators, scripts, algorithms, software and, in general, frameworks to carry out studies for video transmissions in telecommunications networks, covering the broad spectrum of Multimedia Communications. This study could be useful to undertake other necessary studies in the rapid evolution of both, multimedia services demand and new content distribution techniques proposals. / Vargas Hernández, TR. (2023). A Contribution to Video Streaming Quality and Energy Efficiency in Optical and Ethernet Networks [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192760

In this master thesis project, a new protocol called the Round Trip Time (RTT) protocol is implemented and verified. It helps determine the Ethernet clock frequency offset between two communicating nodes. The detection of this offset between nodes is a way to reduce the clock synchronization error. Ethernet is the basis on which a large amount of communication takes place in the world. Either it is used for exchanging data from one device to another or to connect devices to the internet. Due to the absence of clocks being exchanged between the various Ethernet communicating nodes, clock phase and frequency offsets can be present which leads to clock de-synchronization between the various nodes and results in lower system throughput. In the telecommunication industry, synchronization error between base stations can lead to lower throughput, performance degradation and packet loss. Also, with the introduction of 5G, stringent requirements will be placed on the clock synchronization errors.Currently, the Precision Time Protocol (PTP) is used to detect and correct clock synchronization errors. The PTP implementation reduces the clock synchronization error but it is still quite large. Hence, it is necessary to find a protocol which can work together with the PTP protocol to reduce this error. This thesis will introduce a new way to determine the clock frequency offset between nodes through the implementation of the RTT protocol. Through the course of this project, the clock frequency offset was determined by the RTT protocol. By comparing the expected and the theoretical clock offsets, it was concluded that the two values were very similar. The error between the offsets was in the range of 2.349-15.687 parts per billion (ppb) of the link frequency. Thus, the RTT protocol accurately and precisely determined the clock frequency offset between two Ethernet communicating nodes. This protocol is also extended to determine the clock frequency offset between two nodes transmitting periodic signals. For future works, this protocol can be combined with the PTP protocol and a way to determine the clock phase offset will be investigated. / I detta examensarbete implementerades och verifierades ett nytt protokoll, kallat Round Trip Time (RTT)-protokollet, som hjälper till att bestämma Ethernets klockfrekvensförskjutning mellan två kommunicerande noder. Denna fastställda förskjutning mellan de två noderna är ett sätt att reducera klocksynkroniseringsfelet. Ethernet är grunden i en stor del av dagens kommunikation i världen. Antingen används det för informationsutbyte mellan två enheter, eller för att ansluta till internet. Då det saknas ett utbyte av referensklocka mellan de olika kommunikationsnoderna på Ethernet, kan det uppstå klockfasoch frekvensförskjutning som leder till att klockan desynkroniseras mellan de olika noderna och därmed ger ett minskat dataflöde. I telekommunikationsindustrin kan ett synkronisationsfel mellan basstationer leda till minskat dataflöde, sämre prestanda och paketförlust. I och med introduktionen av 5G kommer stränga krav att ställas på klocksynkronisationsfelen.För närvarande används Precision Time Protocol (PTP) för att upptäcka och korrigera klocksynkroniseringsfelen. Implementationen av PTP reducerar klocksynkroniseringsfelet, men det är fortfarande relativt stort. Därav är det nödvändigt att hitta ett protokoll som kan arbeta tillsammans med PTP för att reducera detta fel. Detta arbete kommer att introducera ett nytt sätt att bestämma klockfrekvensförskjutningen genom implementation av RTT-protokollet. I detta arbete bestämdes klockfrekvensförskjutningen av RTT-protokollet. Genom att jämföra det förväntade och faktiska värdet på klockförskjutningen kunde slutsatsen dras att de två värdena var väldigt lika. Felet var i storleksordningen av 2,349-15,687 parts per billion (ppb) i linkfrekvensen. Således bestämmer RTT-protokollet korrekt och exakt klockfrekvensförskjutningen mellan de två kommunikationsnoderna i Ethernet. Protokollet utökas också för att bestämma klockfrekvensförskjutningen mellan två noder som sänder en periodisk signal. För framtida arbete kan detta protokoll kombineras med PTP-protokollet, och det ska även undersökas ett sätt för att bestämma klockfasförskjutningen.

This thesis deals with the development problems and creating of the multi- purpose hardware platform, which supports operating system Linux. It is focused on the microprocessors using ARM architecture with architecture ARM7, ARM9 and ARM11. The scope of the first part of this thesis was searching the sales of available 32 bit ARM microprocessors. The second part is attended to a particular Mini2440 development kit, its animation and the subsequent development of the kernel drivers for OS Linux platform. One of this thesis details was also the development of my own expansive hardware module and a capacity keypad for a usage with Mini2440 developmental kit.