[pt] Neste trabalho foi desenvolvido um estudo experimental do uso de técnicas de diversidade para combater o efeito de desvanecimento em sistemas de comunicação móveis celulares. Uma revisão da teoria mostrou os principais métodos de diversidade existentes e as técnicas usadas para combinar os diferentes sinais dos braços da diversidade e assim produzir um ganho em relação ao sinal desvanecido. Um laboratório móvel foi montado e uma extensiva campanha de medidas foi realizada numa região urbana da cidade do Rio de Janeiro. Devido às perspectivas de implementação dos sistemas de comunicação pessoal e da terceira geração dos sistemas celulares, neste trabalho usou-se freqüências na faixa de 900 e de 1800 MHz. Deste modo pode se estabelecer uma comparação entre os ganhos de diversidade nestas duas freqüências. Resultados de medidas de diversidade em espaço e em polarização na estação rádio base mostraram que estas técnicas são comparáveis em termos dos ganhos proporcionados. Uma contribuição importante deste trabalho foi na determinação dos efeitos do uso de diversidade combinada entre espaço e polarização. Neste caso, duas portas em polarização cruzada de duas antenas separadas espacialmente foram utilizadas. / [en] This work presentes an experimental study of diversity techniques used to combat the effect of channel fading on mobile cellular systems. A comlete theoretical review have shown the main existent diversity methods and the techniques used to combine the different branches of diversity used. A mobile laboratory was assembled and an extensive measurement campaign was carried out on an urban region of the Rio de Janeiro city. Due to the perspectives of personal communication and third generation cellular systems to be deployed, frequecies on the 900 MHz and 1800 MHz band were used on this work. Hence, a comparision between diversity gain on these frequencies was obtained. Results of space and polarization diversity have shown similar behavior in terms of gain. An important contribution of this work was on the effects of a combined space polarization diversity where the crosspolar ports of two spatially spaced antennae were considered.

The emerging behavior of a mobile system is determined by its software architecture (structure, dynamics, deployment), the underlying communication networks (topology, properties like bandwidth etc.) and interactions undertaken by the users of the system. In order to assess whether a mobile system fulfills its non-functional requirements like response times or availability already at design time, the emergent behavior of such a system can be simulated by using an architectural model of the system and applying an simulation approach where a network model and a user interaction model are used for providing the contextual information. In this paper we show how such an architectural model can expressed in our ADL Con Moto, how functional and non-functional properties of an architecture can be modeled and how simulation of the mobile system can be used to yield the desired properties.

Edge networks such as sensor, mobile, and disruption tolerant networks suffer from topological uncertainty and disconnections due to myriad of factors including limited battery capacity on client devices and mobility. Hence, providing reliable, always-on consistency for network applications in such mobile and sensor systems is non-trivial and challenging. However, the problem is of paramount importance given the proliferation of mobile phones, PDAs, laptops, and music players. This thesis identifies two fundamental deterrents to addressing the above problem. First, limited energy on client mobile and sensor devices makes high levels of consistency and availability impossible. Second, unreliable support from the network infrastructure, such as coverage holes in WiFi degrades network performance. We address these two issues in this dissertation through client and infrastructure end modifications. The first part of this thesis proposes a novel energy management architecture called Hierarchical Power Management (HPM). HPM combines platforms with diverse energy needs and capabilities into a single integrated system to provide high levels of consistency and availability at minimal energy consumption. We present two systems Triage and Turducken which are instantiations of HPM for sensor net microservers and laptops respectively. The second part of the thesis proposes and analyzes the use of additional infrastructure in the form of relays, mesh nodes, and base stations to enhance sparse and dense mobile networks. We present the design, implementation, and deployment of Throwboxes a relay system to enhance sparse mobile networks and an associated system for enhancing WiFi based mobile networks.

A mobile user may voluntarily disconnect itself from the web server to save battery life and also to avoid the high communication price. To allow web pages to be updated while the mobile user is disconnected from the web server, updates can be staged in the mobile unit and propagated back to the web server upon reconnection. In this thesis, we investigate methods for supporting disconnected write operations and develop a performance model which helps identify the optimal length of the disconnection period under which the cost of update propagation is minimized. We validate the analytic model with simulation in the thesis. We also show how the result can be applied to real-time web applications with a deadline requirement to propagate updates of web pages. The analysis result is particularly applicable to web applications which allow wireless mobile users to modify web contents while on the go. The algorithms that we have developed can be generally applied to other data items such as files and databases. / Master of Science

O desenvolvimento de aplicações móveis é guiado por uma especial atenção aos requisitos não funcionais (do inglês, NFR - Non Functional Requirements), sendo o principal objetivo proporcionar uma boa experiência ao usuário final. Entretanto, a avaliação de NFRs é ainda uma tarefa manual, não estruturada e que consome muito tempo. Esta dissertação apresenta um estudo de várias abordagens relacionadas à avaliação de desempenho (por exemplo, o uso de aplicações de benchmark) e de NFRs no âmbito de sistemas móveis. No entanto, os benchmarks atuais são genéricos, geralmente, voltados para a plataforma de execução e nem sempre instituem um consenso na classificação de dispositivos. Visando uma melhor avaliação de NFRs e uma classificação de dispositivos com base nas necessidades de aplicações reais, este trabalho propõe um framework para gerar benchmarks orientados às necessidades de cada aplicação e, assim, fornecer uma forma eficiente e eficaz para estimar requisitos não funcionais em sistemas móveis. Essa ferramenta é composta por uma biblioteca de testes parametrizáveis, métricas e uma estrutura para geração rápida de benchmarks orientados à aplicação. O framework foi construído utilizando o paradigma de programação orientada a aspectos para coleta das métricas por fornecer uma maior modularidade e separação de interesses, de modo que a sua evolução, através da adição de outras métricas ou testes, seja facilitada. Para validação da proposta, foram realizados experimentos com cinco aplicações Android reais disponíveis na Play Store, sendo que para cada aplicação foi gerado um benchmark específico cujos resultados foram comparados com os obtidos para as aplicações móveis reais. Os resultados são promissores, mostrando que é possível criar aplicações de teste com comportamento semelhante ao de aplicações reais e, assim, classificar dispositivos com base nas necessidades das aplicações, através da análise das métricas presentes no framework. Essas métricas podem, ainda, orientar o desenvolvedor na otimização de suas aplicações ou ainda na escolha de dispositivos com melhor custo benefício para executar seus aplicativos. / The mobile application development is guided by a special attention to non-functional requirements (NFRs), where a good experience for the end user is the primary goal. However, NFRs evaluation is still a manual, unstructured and time-consuming task. This thesis presents a study of several approaches related to performance and NFR evaluation within mobile systems. Among these approaches is the use of benchmark applications. Currently available benchmarks are generic, usually focused on the execution platform and do not always establish a consensus on the classification of devices. For a better NFRs assessment and classification of devices based on real application needs, this work proposes a framework for generating application-oriented benchmarks for the early estimation of non-functional requirements in mobile systems. This framework is composed of a configurable test library, a set of metrics and an engine the assembling of the test program. The framework uses aspect-oriented programming to collect the metrics of interest. This approach provides increased modularity and separation of concerns, thus facilitating the improvement of the framework itself, by adding other metrics or testing operations. In order to validate the proposed framework we used five application from the Android Play store. For each application, a specific benchmark is generated and executed in different devices. The results are compared to those of the execution of the actual applications in the same devices. Experimental results are promising, showing that it is possible to create test applications with similar behavior to that of real applications and thus classify devices based on the actual application needs, by analyzing the metrics present in the framework. These metrics can also guide the developer in optimizing her applications or in choosing devices with the best trade-off between cost and performance to run a given application.

O desenvolvimento de aplicações móveis é guiado por uma especial atenção aos requisitos não funcionais (do inglês, NFR - Non Functional Requirements), sendo o principal objetivo proporcionar uma boa experiência ao usuário final. Entretanto, a avaliação de NFRs é ainda uma tarefa manual, não estruturada e que consome muito tempo. Esta dissertação apresenta um estudo de várias abordagens relacionadas à avaliação de desempenho (por exemplo, o uso de aplicações de benchmark) e de NFRs no âmbito de sistemas móveis. No entanto, os benchmarks atuais são genéricos, geralmente, voltados para a plataforma de execução e nem sempre instituem um consenso na classificação de dispositivos. Visando uma melhor avaliação de NFRs e uma classificação de dispositivos com base nas necessidades de aplicações reais, este trabalho propõe um framework para gerar benchmarks orientados às necessidades de cada aplicação e, assim, fornecer uma forma eficiente e eficaz para estimar requisitos não funcionais em sistemas móveis. Essa ferramenta é composta por uma biblioteca de testes parametrizáveis, métricas e uma estrutura para geração rápida de benchmarks orientados à aplicação. O framework foi construído utilizando o paradigma de programação orientada a aspectos para coleta das métricas por fornecer uma maior modularidade e separação de interesses, de modo que a sua evolução, através da adição de outras métricas ou testes, seja facilitada. Para validação da proposta, foram realizados experimentos com cinco aplicações Android reais disponíveis na Play Store, sendo que para cada aplicação foi gerado um benchmark específico cujos resultados foram comparados com os obtidos para as aplicações móveis reais. Os resultados são promissores, mostrando que é possível criar aplicações de teste com comportamento semelhante ao de aplicações reais e, assim, classificar dispositivos com base nas necessidades das aplicações, através da análise das métricas presentes no framework. Essas métricas podem, ainda, orientar o desenvolvedor na otimização de suas aplicações ou ainda na escolha de dispositivos com melhor custo benefício para executar seus aplicativos. / The mobile application development is guided by a special attention to non-functional requirements (NFRs), where a good experience for the end user is the primary goal. However, NFRs evaluation is still a manual, unstructured and time-consuming task. This thesis presents a study of several approaches related to performance and NFR evaluation within mobile systems. Among these approaches is the use of benchmark applications. Currently available benchmarks are generic, usually focused on the execution platform and do not always establish a consensus on the classification of devices. For a better NFRs assessment and classification of devices based on real application needs, this work proposes a framework for generating application-oriented benchmarks for the early estimation of non-functional requirements in mobile systems. This framework is composed of a configurable test library, a set of metrics and an engine the assembling of the test program. The framework uses aspect-oriented programming to collect the metrics of interest. This approach provides increased modularity and separation of concerns, thus facilitating the improvement of the framework itself, by adding other metrics or testing operations. In order to validate the proposed framework we used five application from the Android Play store. For each application, a specific benchmark is generated and executed in different devices. The results are compared to those of the execution of the actual applications in the same devices. Experimental results are promising, showing that it is possible to create test applications with similar behavior to that of real applications and thus classify devices based on the actual application needs, by analyzing the metrics present in the framework. These metrics can also guide the developer in optimizing her applications or in choosing devices with the best trade-off between cost and performance to run a given application.

O desenvolvimento de aplicações móveis é guiado por uma especial atenção aos requisitos não funcionais (do inglês, NFR - Non Functional Requirements), sendo o principal objetivo proporcionar uma boa experiência ao usuário final. Entretanto, a avaliação de NFRs é ainda uma tarefa manual, não estruturada e que consome muito tempo. Esta dissertação apresenta um estudo de várias abordagens relacionadas à avaliação de desempenho (por exemplo, o uso de aplicações de benchmark) e de NFRs no âmbito de sistemas móveis. No entanto, os benchmarks atuais são genéricos, geralmente, voltados para a plataforma de execução e nem sempre instituem um consenso na classificação de dispositivos. Visando uma melhor avaliação de NFRs e uma classificação de dispositivos com base nas necessidades de aplicações reais, este trabalho propõe um framework para gerar benchmarks orientados às necessidades de cada aplicação e, assim, fornecer uma forma eficiente e eficaz para estimar requisitos não funcionais em sistemas móveis. Essa ferramenta é composta por uma biblioteca de testes parametrizáveis, métricas e uma estrutura para geração rápida de benchmarks orientados à aplicação. O framework foi construído utilizando o paradigma de programação orientada a aspectos para coleta das métricas por fornecer uma maior modularidade e separação de interesses, de modo que a sua evolução, através da adição de outras métricas ou testes, seja facilitada. Para validação da proposta, foram realizados experimentos com cinco aplicações Android reais disponíveis na Play Store, sendo que para cada aplicação foi gerado um benchmark específico cujos resultados foram comparados com os obtidos para as aplicações móveis reais. Os resultados são promissores, mostrando que é possível criar aplicações de teste com comportamento semelhante ao de aplicações reais e, assim, classificar dispositivos com base nas necessidades das aplicações, através da análise das métricas presentes no framework. Essas métricas podem, ainda, orientar o desenvolvedor na otimização de suas aplicações ou ainda na escolha de dispositivos com melhor custo benefício para executar seus aplicativos. / The mobile application development is guided by a special attention to non-functional requirements (NFRs), where a good experience for the end user is the primary goal. However, NFRs evaluation is still a manual, unstructured and time-consuming task. This thesis presents a study of several approaches related to performance and NFR evaluation within mobile systems. Among these approaches is the use of benchmark applications. Currently available benchmarks are generic, usually focused on the execution platform and do not always establish a consensus on the classification of devices. For a better NFRs assessment and classification of devices based on real application needs, this work proposes a framework for generating application-oriented benchmarks for the early estimation of non-functional requirements in mobile systems. This framework is composed of a configurable test library, a set of metrics and an engine the assembling of the test program. The framework uses aspect-oriented programming to collect the metrics of interest. This approach provides increased modularity and separation of concerns, thus facilitating the improvement of the framework itself, by adding other metrics or testing operations. In order to validate the proposed framework we used five application from the Android Play store. For each application, a specific benchmark is generated and executed in different devices. The results are compared to those of the execution of the actual applications in the same devices. Experimental results are promising, showing that it is possible to create test applications with similar behavior to that of real applications and thus classify devices based on the actual application needs, by analyzing the metrics present in the framework. These metrics can also guide the developer in optimizing her applications or in choosing devices with the best trade-off between cost and performance to run a given application.

abstract: Generating real-world content for VR is challenging in terms of capturing and processing at high resolution and high frame-rates. The content needs to represent a truly immersive experience, where the user can look around in 360-degree view and perceive the depth of the scene. The existing solutions only capture and offload the compute load to the server. But offloading large amounts of raw camera feeds takes longer latencies and poses difficulties for real-time applications. By capturing and computing on the edge, we can closely integrate the systems and optimize for low latency. However, moving the traditional stitching algorithms to battery constrained device needs at least three orders of magnitude reduction in power. We believe that close integration of capture and compute stages will lead to reduced overall system power. We approach the problem by building a hardware prototype and characterize the end-to-end system bottlenecks of power and performance. The prototype has 6 IMX274 cameras and uses Nvidia Jetson TX2 development board for capture and computation. We found that capturing is bottlenecked by sensor power and data-rates across interfaces, whereas compute is limited by the total number of computations per frame. Our characterization shows that redundant capture and redundant computations lead to high power, huge memory footprint, and high latency. The existing systems lack hardware-software co-design aspects, leading to excessive data transfers across the interfaces and expensive computations within the individual subsystems. Finally, we propose mechanisms to optimize the system for low power and low latency. We emphasize the importance of co-design of different subsystems to reduce and reuse the data. For example, reusing the motion vectors of the ISP stage reduces the memory footprint of the stereo correspondence stage. Our estimates show that pipelining and parallelization on custom FPGA can achieve real time stitching. / Dissertation/Thesis / Prototype / Masters Thesis Electrical Engineering 2018

Recreational scuba diving is a highly social activity where divers are encouraged to work in groups of two or more people. Though collaborative, divers are unable to freely and naturally communicate. Additionally, the distortion of sensory information (e.g. distances and sounds cannot be judged as accurately underwater) affects the ability to keep track of critical information which impairs their ability to engage in this underwater world. We have studied and designed a fault tolerant system, including the software, the device, and the network, to foster underwater communication. We studied the technology required, the software design for both single user and multiple users, as well as, the network design in order to support such a system. In the thesis, we have set up and analyzed the result of three user studies and a simulation to investigate the viability of the proposed design.

Cyber-physikalische Systeme (CPS) sind eine erweitere Sicht auf eingebettete Systeme, die die konkreten umgebenden Elemente in das Systemdesign einbeziehen. Das Design solcher Systeme erfordert neue Herangehensweisen: Während beispielsweise in "normalen" verteilten Systemen Aspekte wie "Bewegung" oder "Ort" möglichst transparent und damit für den Nutzer unsichtbar gestaltet werden, benötigen CPS-Anwendungen häufig Bewusstsein für Bewegung oder Ort, d.h., sie sind _motion aware_ oder _location aware_. Die Professur "Betriebssysteme" der TUC hat sich die Frage gestellt, wie eine generische Unterstützung für solche verteilte mobile Systeme aussehen könnte. Im Vortrag werden Probleme, Konzepte und erste Lösungsansätze für ein künftiges Betriebssystem für diese Art von Systemen vorgestellt.