Esta tese apresenta um novo protocolo de roteamento voltado para as Redes Tolerantes a Atrasos que exibem comportamentos complexos e dinâmicos. O protocolo proposto chama-se Cultural GrAnt (do inglês Cultural Greedy Ant) uma vez que este utiliza um sistema híbrido composto por um Algoritmo Cultural (AC) e uma versão gulosa da meta-heurística de Otimização por Colônia de Formigas (ACO). No Cultural GrAnt, o ACO representa o espaço populacional de um AC e utiliza uma regra de transição gulosa de modo a intensificar bons caminhos já encontrados ou explorar novos caminhos através da seleção, dentre um conjunto de candidatos, dos nós encaminhadores de mensagens mais promissores. A principal motivação para o uso do ACO é tirar proveito da sua busca baseada em população de indivíduos e da adaptação da sua estrutura de aprendizado. O AC obtém informações durante o processo evolucionário e as utiliza para guiar a população e, então, acelerar o aprendizado enquanto provê soluções mais eficientes. Considerando informações de funções heurísticas, concentração de feromônio e conhecimentos armazenados no espaço de crenças do AC, o protocolo Cultural GrAnt inclui três módulos: roteamento; escalonamento; e gerenciamento de buffer. Esse é o primeiro protocolo de roteamento que emprega ACO e AC de modo a: inferir os melhores encaminhadores de mensagens através de informações oportunistas sobre a conectividade social entre os nós; determinar os melhores caminhos que uma mensagem deve seguir para eventualmente alcançar o seu destino final, enquanto limita o número de replicações e descartes de mensagens na rede; determinar a ordem de escalonamento das mensagens; e gerenciar o espaço de armazenamento do buffer dos nós. O protocolo Cultural GrAnt é comparado com os protocolos Epidêmico e PROPHET em dois cenários de mobilidade distintos: um modelo de movimento baseado em atividades, onde simula-se o dia-a-dia de pessoas em suas atividades de trabalho, lazer e descanso; e um modelo de movimento baseado em comunidades de pessoas. Os resultados de simulações obtidos através do simulador ONE mostram que em ambos os cenários, o protocolo Cultural GrAnt alcança uma taxa mais alta de entrega de mensagens, uma replicação menor de mensagens e um número menor de mensagens descartadas se comparado com os protocolos Epidêmico e PROPHET. / This work presents a new routing protocol for complex and dynamic Delay Tolerant Networks (DTN). The proposed protocol is called Cultural GrAnt (Greedy Ant), as it uses a hybrid system composed of a Cultural Algorithm and a greedy version of the Ant Colony Optimization (ACO) metaheuristic. In Cultural GrAnt, ACO represents the population space of the cultural algorithm and uses a greedy transition rule to either exploit previously found good paths or explore new paths by selecting, among a set of candidates, the most promising message forwarders. The main motivation for using ACO is to take advantage of its population-based search and adaptive learning framework. Conversely, CA gathers information during the evolutionary process and uses it to guide the population and thus accelerate learning while providing more efficient solutions. Considering information from heuristic functions, pheromone concentration, and knowledge stored in the CA belief space, the Cultural GrAnt protocol includes three modules: routing, scheduling, and buffer management. To the best of our knowledge, this is the first routing protocol that employs both ACO and CA to infer the best message forwarders using opportunistic information about social connectivity between nodes, determine the best paths a message must follow to eventually reach its destination while limiting message replications and droppings, and perform message transmission scheduling and buffer space management. Cultural GrAnt is compared to the Epidemic and PROPHET protocols in two different mobility scenarios: an activity-based movement model, which simulates the daily lives of people in their work, leisure and rest activities; and a community-based movement model. Simulation results obtained by the ONE simulator show that, in both scenarios, Cultural GrAnt achieves a higher delivery ratio, lower message replication, and fewer dropped messages than Epidemic and PROPHET.

O controle de congestionamento padrão do TCP apresenta vários problemas; ele não consegue distinguir se o pacote foi perdido por falha no enlace ou por descarte de pacotes devido a um congestionamento de rede (se a falha foi no enlace não há necessidade de ativar os mecanismos de controle de congestionamento); e o correto ajuste de sua taxa de transmissão requer informação de perdas de pacotes. Neste trabalho é apresentado o new generalized window advertising (NGWA), que é um novo esquema de controle de congestionamento para o TCP. O NGWA traz informações da banda disponível da infraestrutura de rede para os pontos finais da conexão TCP. Seu desempenho foi comparado com TCP New Reno, RED e o TCP padrão via simulações com o software NS-3, considerando topologias de rede largamente citadas na literatura. O NGWA foi, também, implementado e testado no Linux (versão 2.6.34). O novo método demonstrou ser superior aos comparados, apresentando uma operação mais estável, melhor justiça e menor taxa de perda de pacotes, considerando o elenco de testes realizados. / The TCP congestion control mechanism in standard implementations presents several problems; he cannot distinguish if the packet was lost by link failure or by congestion in the net (if the fault was in the link there is no need to active congestion control mechanisms); and the right adjust of your transmission rate requires information from packet loss. This work presents the new generalized window advertising (NGWA), which is a new congestion control scheme for TCP. The NGWA provides information considering the available bandwidth of the network infrastructure to the endpoints of the TCP connection. Results obtained by the NGWA approach were compared with those from TCP New Reno, RED, and standard TCP (using the network simulator NS-3), considering network topologies widely cited in the literature. A NGWA Linux implementation is also presented. The new method proved to be superior when compared with the traditional approaches, presenting a more stable operation, better fairness and lower packet loss, considering the set of tests carried out.

O presente trabalho consiste na proposta de um novo protocolo de transporte para redes tolerantes a atrasos e desconexões (DTN - Delay Tolerant Network) chamado PTTA - Protocolo de Transporte Tolerante a Atrasos (em inglês - DTTP - Delay Tolerant Transport Protocol). Este protocolo tem o objetivo de oferecer uma confiabilidade estatística na entrega das informações em redes deste tipo. Para isso, serão utilizados Códigos Fontanais como técnica de correção de erros. Os resultados mostram as vantagens da utilização do PTTA. Este trabalho ainda propõe um mecanismo de controle da fonte adaptável para o PTTA a fim de limitar a quantidade de dados gerados pela origem (fonte). O esquema proposto almeja aumentar a diversidade das informações codificadas sem o aumento da carga na rede. Para atingir este objetivo o intervalo de geração e o TTL (Time To Live - Tempo de vida) das mensagens serão manipulados com base em algumas métricas da rede. A fim de validar a eficiência do mecanismo proposto, diferentes cenários foram testados utilizando os principais protocolos de roteamento para DTNs. Os resultados de desempenho foram obtidos levando em consideração o tamanho do buffer, o TTL das mensagens e a quantidade de informação redundante gerada na rede. Os resultados de simulações obtidos através do simulador ONE mostram que nos cenários avaliados, o PTTA alcança um aumento na taxa de entrega das informações em um menor tempo, quando comparado com outro protocolo de transporte sem confirmação, permitindo assim um ganho de desempenho na rede. / The present work consists in the proposal of a new transport protocol for delay tolerant networks and disconnections (DTN - Delay Tolerant Network) called DTTP - Delay Tolerant Transport Protocol (in portuguese – PTTA - Protocolo de Transporte Tolerante a Atrasos). This protocol aims to provide a statistical reliability in DTNs' information delivery. For this, we use fountain codes as error correction technique. The results show the advantages of using DTTP. This work also proposes an adaptive control mechanism for the DTTP source to limit the amount of generated data. The proposed scheme aims at increasing the diversity of encoded information without increasing the load on the network. To achieve this goal the messages generation interval and TTL (Time To Live) will be handled based on some network metrics. In order to validate the efficiency of the proposed mechanism, different scenarios will be tested using the main routing protocols for DTNs. The performance results were obtained taking into account the buffer size, messages TTL and the amount of redundant information generated on the network. The simulation results, obtained through The ONE simulator, show that in the evaluated scenarios PTTA achieves an increase in the information delivery rate in a shorter time compared to other transport protocol for confirmation, thus allowing a gain in the network performance.

Esta tese apresenta um novo protocolo de roteamento voltado para as Redes Tolerantes a Atrasos que exibem comportamentos complexos e dinâmicos. O protocolo proposto chama-se Cultural GrAnt (do inglês Cultural Greedy Ant) uma vez que este utiliza um sistema híbrido composto por um Algoritmo Cultural (AC) e uma versão gulosa da meta-heurística de Otimização por Colônia de Formigas (ACO). No Cultural GrAnt, o ACO representa o espaço populacional de um AC e utiliza uma regra de transição gulosa de modo a intensificar bons caminhos já encontrados ou explorar novos caminhos através da seleção, dentre um conjunto de candidatos, dos nós encaminhadores de mensagens mais promissores. A principal motivação para o uso do ACO é tirar proveito da sua busca baseada em população de indivíduos e da adaptação da sua estrutura de aprendizado. O AC obtém informações durante o processo evolucionário e as utiliza para guiar a população e, então, acelerar o aprendizado enquanto provê soluções mais eficientes. Considerando informações de funções heurísticas, concentração de feromônio e conhecimentos armazenados no espaço de crenças do AC, o protocolo Cultural GrAnt inclui três módulos: roteamento; escalonamento; e gerenciamento de buffer. Esse é o primeiro protocolo de roteamento que emprega ACO e AC de modo a: inferir os melhores encaminhadores de mensagens através de informações oportunistas sobre a conectividade social entre os nós; determinar os melhores caminhos que uma mensagem deve seguir para eventualmente alcançar o seu destino final, enquanto limita o número de replicações e descartes de mensagens na rede; determinar a ordem de escalonamento das mensagens; e gerenciar o espaço de armazenamento do buffer dos nós. O protocolo Cultural GrAnt é comparado com os protocolos Epidêmico e PROPHET em dois cenários de mobilidade distintos: um modelo de movimento baseado em atividades, onde simula-se o dia-a-dia de pessoas em suas atividades de trabalho, lazer e descanso; e um modelo de movimento baseado em comunidades de pessoas. Os resultados de simulações obtidos através do simulador ONE mostram que em ambos os cenários, o protocolo Cultural GrAnt alcança uma taxa mais alta de entrega de mensagens, uma replicação menor de mensagens e um número menor de mensagens descartadas se comparado com os protocolos Epidêmico e PROPHET. / This work presents a new routing protocol for complex and dynamic Delay Tolerant Networks (DTN). The proposed protocol is called Cultural GrAnt (Greedy Ant), as it uses a hybrid system composed of a Cultural Algorithm and a greedy version of the Ant Colony Optimization (ACO) metaheuristic. In Cultural GrAnt, ACO represents the population space of the cultural algorithm and uses a greedy transition rule to either exploit previously found good paths or explore new paths by selecting, among a set of candidates, the most promising message forwarders. The main motivation for using ACO is to take advantage of its population-based search and adaptive learning framework. Conversely, CA gathers information during the evolutionary process and uses it to guide the population and thus accelerate learning while providing more efficient solutions. Considering information from heuristic functions, pheromone concentration, and knowledge stored in the CA belief space, the Cultural GrAnt protocol includes three modules: routing, scheduling, and buffer management. To the best of our knowledge, this is the first routing protocol that employs both ACO and CA to infer the best message forwarders using opportunistic information about social connectivity between nodes, determine the best paths a message must follow to eventually reach its destination while limiting message replications and droppings, and perform message transmission scheduling and buffer space management. Cultural GrAnt is compared to the Epidemic and PROPHET protocols in two different mobility scenarios: an activity-based movement model, which simulates the daily lives of people in their work, leisure and rest activities; and a community-based movement model. Simulation results obtained by the ONE simulator show that, in both scenarios, Cultural GrAnt achieves a higher delivery ratio, lower message replication, and fewer dropped messages than Epidemic and PROPHET.

A streaming video has features that differs from other streams: the occupation of large amount of bandwidth, and the possible variation of scenes with consequent increase (or decrease) in amount of bytes transmitted. Applications for video streaming transmission (YouTube, Vimeo, Netflix, Telecine Play, etc.) have aroused the interest of the scientific community regarding the behavior of networks. Our proposal is to measure, from a video stream, the user experience (QoE) based on arbitration QoS parameters in a controlled environment which use NetFPGA. The results of the experiments has shown the efficacy of TCP over UDP, which at the stage of choosing the most appropriate protocol for testing, showed to be ineffective to the Gigabit Ethernet rate. These experiments occurred in distinct physical topologies; only Cisco routers, with and without QoS, with and without injection of traffic generated by software iperf in the network, and using NetFPGA board set to router only with and without traffic via iperf, once the design developed to make the board work as a router does not allow QoS settings. in these scenarios, there was the need to start the client running at different times, setting their respective caches different networks so that did not coincide scenes, avoiding high bandwidth peaks in stretches with a lot of movement. / Um streaming de vídeo tem características que o difere dos demais fluxos: a ocupação de grande quantidade de banda, e a possíveis variações de cenas com consequente aumento (ou diminuição) na quantidade dos bytes transmitidos. Aplicações para transmissão de streaming de vídeo (YouTube, Vimeo, NetFlix, Telecine Play, e etc.) tem despertado o interesse da comunidade científica quanto ao comportamento das redes. Nossa proposta é correlacionar, a partir de um fluxo de vídeo, a experiência do usuário com base na arbitragem de parâmetros de QoS em ambiente controlado. O resultado dos experimentos demonstrou a eficácia do protocolo TCP sobre o UDP, que na fase da escolha do protocolo mais adequado para os testes, mostrou-se ineficiente até a taxa Gigabit Ethernet. Esses experimentos ocorreram em topologias físicas distintas; apenas com roteadores Cisco, com e sem QoS, tendo ou não injeção de tráfego gerado pelo software iPerf na rede, e usando a placa NetFPGA no modo router, apenas com e sem tráfego via iPerf, uma vez que o projeto desenvolvido para fazer a placa atuar como roteador não permite configurações de QoS. Nesses cenários, constatou-se a necessidade de iniciar a execução dos clientes em momentos diferentes, configurando seus respectivos caches de redes diferentes, para que não coincidissem as cenas, evitando altos picos de banda em trechos com muita movimentação.