Ferramentas de virtualização de redes podem ser utilizadas com a finalidade de criar experimentos envolvendo redes de computadores e sistemas distribuídos em diversas aplicações, seja este para avaliação e validação de um sistema distribuído, teste de novas configurações em um ambiente de produção, ou mesmo para uso educacional. Várias são as opções de ferramentas disponíveis para a realização de tais experimentos. Entretanto, as ferramentas disponíveis não oferecem um suporte adequado a virtualização de redes móveis. O presente trabalho de mestrado apresenta uma proposta para a modificação de uma ferramenta de virtualização de código livre chamada Netkit, de modo a viabilizar a criação de experimentos que envolvam redes móveis. Neste caso, a ferramenta prevê que os dispositivos possam ser localizados em um espaço virtual e deslocados, de modo que variações como intensidade de sinal, trocas de pontos de acesso e experimentos que envolvam a localização espacial dos dispositivos possam ser efetuados. / Network virtualization tools can be used to create several experiments like distributed systems evaluation and validation, test new software configuration in a virtual production environment or educational research. Although many tools enable a user to execute such experiments, few have mobile network support, presenting only wired network. The current project aims to present a proposal to modify a open source virtual network emulator called Netkit, enabling mobile network experimentation. The modified tool is capable to create virtual devices that can be located in a virtual space and moved along it, providing signal intensity variation, handovers, and able to address experimentation scenarios that requires spatial and geodesic location of the virtual mobile devices.

This dissertation highlights the importance of computer networking education and the challenges in engaging and educating students. An exploratory learning approach is discussed with reference to other learning models and taxonomies. It is felt that an exploratory learning approach to wireless networks improves student engagement and perceived educational value. In order to support exploratory learning and improve the effectiveness of computer networking education the WiFi Virtual Laboratory (WiFiVL) has been developed. This framework enables students to access a powerful network simulator without the barrier of learning a specialised systems programming language. The WiFiVL has been designed to provide “anytime anywhere” access to a self-paced or guided exploratory learning environment. The initial framework was designed to enable users to access a network simulator using an HTML form embedded in a web page. Users could construct a scenario wherein multiple wireless nodes were situated. Traffic links between the nodes were also specified using the form interface. The scenario is then translated into a portable format, a URL, and simulated using the WiFiVL framework detailed in this dissertation. The resulting simulation is played back to the user on a web page, via a Flash animation. This initial approach was extended to exploit the greater potential for interaction afforded by a Rich Internet Application (RIA), referred to as WiFiVL II. The dissertation also details the expansion of WiFiVL into the realm of 3-dimensional, immersive, virtual worlds. It is shown how these virtual worlds can be exploited to create an engaging and educational virtual laboratory for wireless networks. Throughout each development the supporting framework has been re-used and has proved capable of supporting multiple interfaces and views. Each of the implementations described in this dissertation has been evaluated with learners in undergraduate and postgraduate degrees at the University of St Andrews. The results validate the efficacy of a virtual laboratory approach for supporting exploratory learning for wireless networks.

Ferramentas de virtualização de redes podem ser utilizadas com a finalidade de criar experimentos envolvendo redes de computadores e sistemas distribuídos em diversas aplicações, seja este para avaliação e validação de um sistema distribuído, teste de novas configurações em um ambiente de produção, ou mesmo para uso educacional. Várias são as opções de ferramentas disponíveis para a realização de tais experimentos. Entretanto, as ferramentas disponíveis não oferecem um suporte adequado a virtualização de redes móveis. O presente trabalho de mestrado apresenta uma proposta para a modificação de uma ferramenta de virtualização de código livre chamada Netkit, de modo a viabilizar a criação de experimentos que envolvam redes móveis. Neste caso, a ferramenta prevê que os dispositivos possam ser localizados em um espaço virtual e deslocados, de modo que variações como intensidade de sinal, trocas de pontos de acesso e experimentos que envolvam a localização espacial dos dispositivos possam ser efetuados. / Network virtualization tools can be used to create several experiments like distributed systems evaluation and validation, test new software configuration in a virtual production environment or educational research. Although many tools enable a user to execute such experiments, few have mobile network support, presenting only wired network. The current project aims to present a proposal to modify a open source virtual network emulator called Netkit, enabling mobile network experimentation. The modified tool is capable to create virtual devices that can be located in a virtual space and moved along it, providing signal intensity variation, handovers, and able to address experimentation scenarios that requires spatial and geodesic location of the virtual mobile devices.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Teaching technical themes in the area of Computer Networks involves difficult concepts to be understood in the traditional educational way, i.e. statically. At the same time, technological advances have created many opportunities in education, requiring the development of new pedagogical practices that contribute to the process of teaching and learning. The creation of immersive virtual environments and the addressing of issues related to context-aware computing can support this process. For that, in this dissertation it was developed an immersive virtual environment for teaching Computer Networks that uses learner context information -e.g. technology, cognitive style, and quality of context-, while providing a significant learning from the integration and interaction between users and technology. To achieve the objectives of this study, an exploratory research with a case study was performed in order to verify whether the use of an immersive virtual environment can facilitate and/or improve the process of learning the discipline of Computer Networks. The construction of this environment, named TCN5, has as basis four main elements, these being,WampServer, OpenSimulator, Sloodle and UVLEQoC Moodle, which adds features from modules like U-SEA 2.0 and SEDECA 2.0, in addition to Bootstrap theme, applying QoC parameters and metrics about the information collected in the environment, aiming to ensure the suitability of the connection for the preferences and needs of the students. In order to verify the practical feasibility of the work and the usage of the environment through mobile devices, a case study was conducted, which showed that despite mobile technologies allow the realization of most of the proposed activities, there are still some technological limitations that make difficult the usage of such devices in the educational context. At the same time, a comparative analysis between different viewers for virtual worlds was performed, pointing out advantages and disadvantages by considering aspects of available resources for processing and supported file types. Finally, a non-experimental study was conducted, using a Pedagogical Architecture, which served as the basis for the use and evaluation of the environment by a group of 25 students from the Computer Networks discipline of Computer Science program at the Federal University of Santa Maria. The results obtained during the evaluation with students accomplished the desired expectations, achieving a rating of "Excellent" on the scale of the SUS usability test and a considerable increase in the average obtained in the elaboration of the conceptual maps after using TCN5, an indication that the environment helped, at least in part, to the construction of knowledge of this group, despite the limitations and difficulties encountered during its development. / O ensino de temas técnicos na área de Redes de Computadores envolve conceitos difíceis de serem entendidos na forma pedagógica tradicional, ou seja, de forma estática. Ao mesmo tempo, os avanços tecnológicos criaram diversas possibilidades na educação, exigindo o desenvolvimento de novas práticas pedagógicas que contribuam para o processo de ensino e aprendizagem. A criação de ambientes virtuais imersivos e o tratamento de questões relacionadas com a computação sensível ao contexto podem auxiliar nesse processo. Para isso, foi desenvolvido nesta dissertação um ambiente virtual imersivo para o ensino de Redes de Computadores que trata informações de contexto do aluno (e.g., tecnologia, estilo cognitivo e qualidade do contexto), proporcionando ao mesmo uma aprendizagem significativa, a partir da integração e interação entre usuários e tecnologia. Para atingir os objetivos deste trabalho foi realizada uma pesquisa exploratória com estudo de caso, a fim de verificar se a utilização de um ambiente virtual imersivo pode facilitar e/ou melhorar o processo de aprendizagem da disciplina de Redes de Computadores. A construção desse ambiente, denominado TCN5, teve como base quatro elementos principais, sendo esses, o WampServer, o OpenSimulator, o Sloodle e o Moodle UVLEQoC, que agrega as características tanto dos módulos U-SEA 2.0 e SEDECA 2.0 como do Tema Bootstrap, aplicando parâmetros e métricas de QoC sobre as informações coletadas no ambiente, com o objetivo de garantir que o contexto formulado esteja adequado às preferências e necessidades dos alunos. Para verificar a viabilidade prática do trabalho quanto à utilização do ambiente por meio do uso de dispositivos móveis foi realizado um estudo de caso, que demonstrou que apesar das tecnologias móveis permitirem a realização da maioria das atividades propostas, existem ainda algumas limitações tecnológicas que dificultam a utilização desses dispositivos no contexto educacional. Ao mesmo tempo, foi realizada uma análise comparativa entre os diversos visualizadores de mundos virtuais disponíveis, apontando vantagens e desvantagens, considerando aspectos de processamento, recursos disponibilizados e tipos de arquivos suportados. Por fim, foi realizado um estudo Não-Experimental utilizando uma Arquitetura Pedagógica, que serviu como base para a utilização e avaliação do ambiente por uma turma de 25 alunos da disciplina de Redes de Computadores do Curso de Ciência da Computação da Universidade Federal de Santa Maria. Os resultados obtidos durante a avaliação com os alunos atenderam as expectativas, alcançando uma classificação Excelente na escala do teste de usabilidade SUS, bem como um aumento considerável na média obtida na elaboração dos mapas conceituais após a utilização do TCN5, um indício de que o ambiente auxiliou, pelo menos em parte, na construção do conhecimento dessa turma, apesar das limitações e dificuldades encontradas durante o seu desenvolvimento.