This thesis dissertation addresses the problem of energy constraints in ad hoc wireless networks. In this sort of networks nodes are generally powered by means of batteries, which involves significant limitations regarding the time of operation of devices. The nodes whose battery level describes important energy depletion represent potential elements for loss of connectivity, which results in an increase of packet loss rate. Therefore, the management of energy expenditure is one of the main research challenges to face in ad hoc networks, especially when developing applications in real scenarios. However, energy management is not a trivial task due to the inherent features of this kind of networks, such as the distributed operation as well as the access medium mechanism. In that sense, traditional solutions of energy optimization based on the definition of power-saving intervals (sleep mode) are not suitable considering the operational characteristics of an ad hoc network, due to the substantial deterioration of network connectivity. In addition, the exponential growth of applications focused on the transmission of multimedia contents (especially video) available on mobile devices involves specific quality of service levels. Consequently, the design of solutions for the optimization of energy resources should be carried out without degrading the Quality of Experience perceived by the users. The contributions of this thesis are focused, in the first place, on the analysis of those factors which generate an increase of the energy consumption in the wireless medium and are related to the principle of operation of the radio interface. In particular, the intense operation in reception mode on the interference areas, as a result of the overhearing effect, as well as the high number of transmission retries due to channel access contention, are defined as the main aspects that increase energy demand in the network. On the other hand, with the aim of optimizing energy resources in the nodes without causing damage on the Quality of Service, this thesis proposes meaningful improvements to the routing protocol by means of a cross-layer scheme. Specifically, the designed mechanism carries out an evaluation of both the energy capacity available in the nodes and the distribution of devices along the wireless medium. To that end, this proposal introduces a new metric in the routing computation process, called strategic value, which reports the importance of a node in the network in terms of connectivity (i.e. number of neighbor nodes). This scheme aims to reduce the energy expenditure caused by the overhearing effect along the areas with higher node density as well as to extend the lifetime for those nodes with higher number of neighbors which are strategic to preserve network connectivity. Additionally, considering the current pragmatic approach in ad hoc networks focused on the design of specific applications, the evaluation hereby presented has been performed by means of a simulation environment and also through the implementation of a testbed. Specifically, the operation of the proposed scheme has been analyzed on a set of ad hoc nodes which has been implemented through development platforms. Also, a software tool has been developed in order to control and configure the experiments. Results prove that the proposal allows to extend the lifetime of the network as well as to increase packet reception rate as a consequence of the prevention in the route breakages due to energy depletion. Finally, it is worth mentioning that the knowledge acquired by the design, configuration and analysis of experiments by means of hardware devices, has motivated the development of proposals and application studies of ad hoc networks in real environments, which represent an additional contribution of this thesis dissertation. / El presente trabajo de tesis doctoral aborda la problemática de las limitaciones de energía en redes inalámbricas ad hoc. En este tipo de redes, los nodos generalmente emplean baterías como fuente de alimentación, lo que limita de forma dramática la autonomía de funcionamiento. Los nodos con mayor agotamiento de energía constituyen potenciales elementos para la pérdida de conectividad parcial o total de la red ocasionando el incremento de la pérdida de paquetes. Por tanto, la gestión eficiente del gasto es uno de los principales desafíos a enfrentar en el ámbito de investigación de redes ad hoc, en especial para el desarrollo de aplicaciones en escenarios reales de operación. Sin embargo, dicha gestión no es una tarea trivial debido a las características inherentes de este tipo de redes, como por ejemplo la operación distribuida, así como el acceso compartido al medio inalámbrico. En tal sentido, los mecanismos usuales de optimización del gasto de energía basados en el establecimiento de períodos de bajo consumo (modo sleep), no se ajustan a las características operativas de una red ad hoc, debido al impacto notable que ocasionan sobre la conectividad en la red. Además, el crecimiento significativo de las aplicaciones y servicios de distribución de contenidos multimedia, especialmente tráfico de vídeo, demandan niveles específicos de calidad de servicio. Por consiguiente, el diseño de soluciones de optimización de los recursos de energía disponible en los nodos no debe implicar la degradación de la calidad de experiencia percibida por los usuarios finales. Las contribuciones del trabajo de tesis se centran, en primer lugar, en el análisis de los factores que incrementan el gasto de energía en el medio inalámbrico y que están relacionados con el principio de operación de la interfaz de radio. En particular, el incremento dramático del funcionamiento en modo recepción ocasionado sobre las zonas de interferencia por el efecto overhearing así como el mayor número de intentos de transmisión debido a la contienda por el acceso al canal, se definen como las principales causas que incrementan la demanda de energía en la red. Por otra parte, con el objetivo de optimizar los recursos de energía disponibles en los nodos sin ocasionar un perjuicio sobre la calidad de servicio, en el presente trabajo de tesis se proponen mejoras al protocolo de encaminamiento mediante un esquema cross-layer. En concreto, el mecanismo diseñado realiza una evaluación de la capacidad de energía disponible en los nodos, así como de la distribución de los dispositivos en el medio inalámbrico. Con tal fin, la propuesta introduce en el cómputo de enrutamiento una métrica nueva denominada valor estratégico, la cual reporta la importancia de un nodo en la red en términos de conectividad (número de dispositivos vecinos). El esquema apunta a reducir el gasto de energía ocasionado por el efecto overhearing en las zonas con mayor densidad de dispositivos, así como extender la autonomía de operación sobre aquellos nodos con mayor número de vecinos, que resultan estratégicos para conservar la conectividad en la red. Además, de forma consecuente con el actual enfoque pragmático en redes ad hoc orientado al diseño de soluciones para escenarios específicos de aplicación, la evaluación de la propuesta se ha realizado tanto en un entorno de simulación, así como mediante la implementación de un testbed. Específicamente, se ha analizado la operación del mecanismo de enrutamiento propuesto sobre un conjunto de nodos ad hoc implementados mediante plataformas de desarrollo. Adicionalmente, se ha desarrollado una herramienta para el control y configuración de los experimentos. Los resultados demuestran que la propuesta permite extender el tiempo de operación de la red, así como incrementar la tasa de paquetes en recepción como consecuencia de la prevención en la ruptura de los enlaces por agotamiento / El present treball de tesi doctoral aborda la problemàtica de les limitacions d'energia en xarxes sense fil ad hoc. En este tipus de xarxes, els nodes generalment empren bateries com a font d'alimentació, la qual cosa limita de forma dramàtica l'autonomia de funcionament. Els nodes amb major esgotament d'energia constituïxen potencials elements per a la pèrdua de connectivitat parcial o total de la xarxa, ocasionant l'increment de la pèrdua de paquets. Per tant, la gestió eficient de la despesa és un dels principals desafiaments a enfrontar en l'àmbit d'investigació de xarxes ad hoc, en especial per al desenvolupament d'aplicacions en escenaris reals d'operació. No obstant això, aquesta gestió no és una tasca trivial a causa de les característiques inherents d'este tipus de xarxes, com per exemple l'operació distribuïda així com l'accés compartit al mitjà sense fil. En este sentit, els mecanismes usuals d'optimització de la despesa d'energia basats en l'establiment de períodes de baix consum (mode sleep), no s'ajusten a les característiques operatives d'una xarxa ad hoc, a causa de l'impacte notable que ocasionen sobre la connectivitat a la xarxa. A més, el creixement significatiu de les aplicacions i serveis de distribució de continguts multimèdia, especialment tràfic de vídeo, demanden nivells específics de qualitat de servei. Per tant, el disseny de solucions d'optimització dels recursos d'energia disponible en els nodes no ha d'implicar la degradació de la qualitat d'experiència percebuda pels usuaris finals. Les contribucions del treball de tesi se centren, en primer lloc, en l'anàlisi dels factors que incrementen la despesa d'energia en el mitjà sense fil i que estan relacionats amb el principi d'operació de la interfície de ràdio. En particular, l'increment dramàtic del funcionament en mode recepció, ocasionat sobre les zones d'interferència per l'efecte overhearing, així com el major nombre d'intents de transmissió a causa de la contesa per l'accés al canal, es definixen com les principals causes que incrementen la demanda d'energia a la xarxa. D'altra banda, amb l'objectiu d'optimitzar els recursos d'energia disponibles en els nodes sense ocasionar un perjudici sobre la qualitat de servici, en el present treball de tesi es proposen millores al protocol d'encaminament mitjançant un esquema cross-layer. En concret, el mecanisme dissenyat realitza una avaluació de la capacitat d'energia disponible en els nodes així com de la distribució dels dispositius en el mitjà sense fil. Amb tal fi, la proposta introduïx en el còmput d'encaminament una nova mètrica denominada valor estratègic, la qual reporta la importància d'un node en la xarxa en termes de connectivitat (nombre de dispositius veïns). L'esquema reduix la despesa ocasionada per l'efecte overhearing a les zones amb major densitat de dispositius i estén l'autonomia d'operació sobre aquells nodes amb major nombre de veïns, que resulten estratègics per conservar la connectivitat a la xarxa. A més, de forma conseqüent amb l'actual enfocament pragmàtic en xarxes ad hoc orientat al disseny de solucions per a escenaris específics d'aplicació, l'avaluació de la proposta s'ha realitzat tant en un entorn de simulació així com per mitjà de la implementació d'un testbed. Específicament, s'ha analitzat l'operació del mecanisme d'encaminament proposat sobre un conjunt de nodes ad hoc implementats mitjançant plataformes de desenvolupament. Addicionalment, s'ha desenvolupat una eina per al control i configuració dels experiments. Els resultats demostren que la proposta permet estendre el temps d'operació de la xarxa així com incrementar la taxa de paquets en recepció com a conseqüència de la prevenció en la ruptura dels enllaços per esgotament d'energia. / González Martínez, SR. (2017). Diseño de un Esquema Cross-Layer para el Balance entre Eficiencia Energética y Calidad de Servicio en la Transmisión de Tráfico Multimedia en Redes Ad-Hoc [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/84284

As the integration of artificial intelligence (AI) within cybersecurity continues to grow, machine learning (ML) and deep learning (DL) models are increasingly used to detect cyber attacks. However, these models are rarely evaluated in real-time attack scenarios to see how subtle changes from the real networking environment can affect their predictions. To address this issue, we propose a scalable, platform-independent Docker testbed specifically designed for simulating real-time Distributed Denial of Service (DDoS) attack scenarios that allows researchers to deploy and evaluate their pre-trained, ML and DL detection models. Our framework is simple to configure and can run across Intel and ARM CPUs, as well as Windows, Linux, and MacOS operating systems. The testbed was validated with our six pre-trained models in a 10-minute DDoS attack simulation, where performance metrics such as resource consumption were actively monitored across different operating systems and CPUs. This Dockerized environment offers researchers an accessible and flexible solution for testing and improving DDoS detection models in a realistic, real-time context.

<p dir="ltr">To establish a long-term human presence on the Moon, it is necessary to have habitat systems that function effectively under challenging conditions and have sufficient autonomous technologies for fault detection and intervention. However, evaluating these habitats presents challenges due to their pervasive interdependencies and the harsh environmental conditions they must withstand. Thus, innovative testing techniques are vital to understanding and capturing the complexities these systems will encounter. </p><p dir="ltr">Thermomechanical real-time hybrid simulation (RTHS) provides unique opportunities to observe realistic behaviors and interdependencies, train models, test ideas, and validate methods. It is a cost-effective and accessible cyber-physical testing method that allows for the simultaneous experimental and computational modeling of systems, offering a comprehensive observation of their behavior under extreme dynamic conditions. This dissertation presents the development and experimental validation of a novel thermomechanical RTHS method to assess the multi-physics response of lunar habitat systems due to disruptive events. It outlines the conceptual framework, modeling approaches, and experimental considerations crucial to establishing the two-way coupling between a numerical and a physical subsystem through an innovative thermal transfer system. </p><p dir="ltr">The thermal transfer system utilizes a thermal actuator to impose distributed thermal loads on the experimental subsystem. The thermal actuator is identified considering switching-mode continuous dynamics for cooling and heating conditions. A switching control system is then developed to experimentally enforce the desired thermal conditions across different thermal cycles with minimum tracking error, adjusting the gains of the controller in response to varying temperature conditions. Furthermore, this dissertation demonstrates how to establish control and performance requirements for RTHS methods to effectively evaluate the realization of interface boundary conditions and determine acceptance criteria to perform RTHS tests with high confidence. </p><p dir="ltr">The RTHS method is experimentally implemented and validated through a series of scenario tests that simulate the cascading thermomechanical effects on a lunar habitat after a micrometeorite impact that damages its structural protective layer. These realistic tests aim to evaluate fault detection and decision-making methods in response to such disruptive events. Thus, using switching dynamic modeling, the RTHS problem formulation is designed to have numerical damage and repair capabilities, allowing interaction with these fault detection and intervention methods. The scenario results obtained through thermomechanical RTHS reveal behaviors and interactions that are not captured through purely numerical simulation or traditional experimental approaches. Through the experimental implementation of these scenario case studies, the thermomechanical RTHS method developed is the first of its kind to experimentally execute the effects of damage and repair intervention strategies in real-time on a numerical subsystem while simultaneously imposing the cascading effects on a physical specimen. </p><p dir="ltr">The findings of this dissertation advance our knowledge and offer insights into developing cost-effective and accessible cyber-physical methods to test novel ideas and technologies, thereby empowering and supporting space resilience and autonomy research. </p>

Syftet med uppsatsen är att kartlägga behovet av en testbädd för telemedicinska produkter och att analysera krav som medicintekniska företag ställer på en testbäddsmiljö för samverkan med sjukvården. Målet har varit att konkretisera resultatet i en kommersialiseringsplan för Karolinska Testbädd för Telemedicin och eHälsa, vid Medicinsk Teknik på Karolinska Universitetssjukhuset. Vid genomförandet av undersökningen har totalt 19 intervjuer och ytterligare 6 telefonintervjuer genomförts med dels representanter från medicintekniska företag och sjukvården och dels med samarbetsstrukturer för medicinsk teknik och möjliga finansiärer. En enkätundersökning har genomförts för att kvantifiera resultatet från intervjuerna. Webbutskick har gjorts till 279 företag med verksamhet inom områdena medicinsk teknik, IT och telekom. Uppsatsen beskriver hur den kliniska forskningen inom området medicinsk teknik har förändrats de senaste decennierna och hur situationen ser ut idag. Utmaningar som den svenska hälso- och sjukvården står inför presenteras, som demografiska förändringar, ökade sjukvårdskostnader, dyrare behandlingsmetoder och färre kommersialiserade innovationer inom medicinsk teknik.  Omständigheter som påverkar produktutveckling för hälso- och sjukvården belyses, dels genom den regulatoriska gränsdragningen mellan IT-produkter och medicintekniska produkter och dels utifrån en genomgång av forskning inom produkt- och tjänsteutveckling och utifrån de frågor kring hur företag bedriver produktutveckling som ställts i intervjuerna och i webbenkäten. Resultatet visar att företagen i högsta grad är beroende av samarbete med sjukvården i olika faser av sin produktutvecklingsprocess och att flera företag uttrycker ett behov av en testbäddsstruktur. Företagen samarbetar med vården framförallt för att det möjliggör att utveckla mer vårdanpassade produkter. Samarbete med vården ger kortare utvecklingstider och därmed minskade utvecklingskostnader. Det förenklar även arbetet med validering av produkters funktionalitet. Flera företag har utarbetade samarbeten direkt in på vårdavdelningar, medan andra i dagsläget saknar nödvändiga samarbetsstrukturer. Studien har identifierat ett flertal företag som visat intresse för ett samarbete med Testbädden och ytterligare ett antal som har önskat att få mer information om vad Testbädden kan erbjuda. I kommersialiseringsplanen föreslås Karolinska Testbädd för Telemedicin och eHälsa fokusera på sin nisch samt vidareutveckla den kompetens som företagen saknar. Testbädden bör arbeta vidare med att utveckla både externa kontakter och den interna samverkansorganisationen på Karolinska för att möjliggöra effektiva, smidiga och kvalitativa samarbeten mellan företag och sjukhusets avdelningar. / The purpose is to study the demand for a testbed for telemedicine and to analyze the medical device-developing companies’ requirements on the testbed’s facilities when collaborating with the healthcare sector in their product development. The study’s aim is to result in a commercialization plan for Karolinska Testbed for telemedicine and eHealth, at the department of Biomedical Engineering at Karolinska University Hospital. During the study, 19 interviews and 6 telephone-interviews has been held with people from the medical device industry, hospitals, potential funders and collaboration structures which foster medical device development. A web-survey has been sent to 279 companies within the fields of medical technologies, IT and telecom, to quantify the results from the interviews. The study describes how the clinical research on medical technologies has changed over the last decades and what the situation is like today. Present and forthcoming challenges to the Swedish health care system is presented, like demographic changes, increasing healthcare-costs, expensive treatments and the scarcity of medical device innovations being commercialized. Obstacles affecting the medical device development are studied, including the regulatory differences between IT and medical devices. An analysis of the research on product and service development is also looked at from the perspectives on how the medical device companies develop their products, which is derived from both interviews and the web-survey. The result shows that medical device companies rely upon the ability to collaborate with the hospitals in different phases of their product development process and that there is an extensive need for a testbed structure amongst companies. The companies that collaborate with hospitals do it primarily because it makes their products more adaptive to functioning in the settings of healthcare, time to market and development costs can be decreased and it facilitates the process when validating the functionality of their products. Several companies have their ways of collaborating with hospital wards whilst others explicitly lack indispensable collaboration structures. The study has identified some companies which have shown interest in collaborating with Testbed Karolinska for telemedicine and eHealth and other ones whom wish to receive more information on what the testbed can offer them. In the commercialization plan it is suggested that Karolinska Testbed for telemedicine and eHealth shall focus on their niche and elaborate the competency which the companies doesn’t have. It is also suggested that the Testbed continues the work with developing the internal organization within Karolinska to enable efficient, flexible and qualitative collaboration between companies and the clinics at Karolinska University Hospital.

Τα ασύρματα δίκτυα μικροαισθητήρων είναι μια πρόσφατη κατηγορία αδόμητων υπολογιστικών δικτύων, τα οποία αποτελούνται από κόμβους με μικρό μέγεθος και περιορισμένους υπολογιστικούς και ενεργειακούς πόρους. Τέτοιοι κόμβοι έχουν δυνατότητες μέτρησης φυσικών μεγεθών (όπως πχ. θερμοκρασία, υγρασία, κ.α.), ασύρματης επικοινωνίας μεταξύ τους, και σε κάποιες περιπτώσεις αλληλεπίδρασης με το περιβάλλον τους (μέσω κατάλληλων ηλεκτρομηχανικών μερών). Καθώς τα δίκτυα αυτά έχουν αρχίσει να γίνονται πιο προσιτά (από άποψη κόστους και διαθεσιμότητας hardware), το πεδίο εφαρμογής και η φιλοσοφία χρήσης τους συνεχώς εξελίσσεται και διευρύνεται. Έτσι, έχουμε παραδείγματα εφαρμογών από παρακολούθηση της βιοποικιλότητας μιας περιοχής έως την παρακολούθηση στατικότητας κατασκευών, και δίκτυα με πλήθος κόμβων από δεκάδες έως και εκατοντάδες ή και χιλιάδες κόμβων. Κατά την εκπόνηση της διδακτορικής διατριβής ασχοληθήκαμε με τις εξής βασικές ερευνητικές κατευθύνσεις που αφορούν στα συγκεκριμένα δίκτυα: α) την εξομοίωσή τους, β) την ανάπτυξη πρωτοκόλλων διάδοσης πληροφορίας κατάλληλων για αυτά τα δίκτυα και τη μελέτη της απόδοσής τους μέσω εξομοίωσης, γ) τη μοντελοποίηση εχθρικών συνθηκών («εμποδίων») σε ένα τέτοιο δίκτυο και την εφαρμογή τους στο επίπεδο της εξομοίωσης, δ) την ανάπτυξη εφαρμογών για τη διαχείρισή τους. Στο σκέλος της εξομοίωσης, δόθηκε αρχικά έμφαση στην αποδοτική εξομοίωση τέτοιου τύπου δικτύων με μέγεθος αρκετών χιλιάδων κόμβων, και στα πλαίσια της έρευνας μας αναπτύχθηκε ένα περιβάλλον εξομοίωσης (simDust), με δυνατότητα προσθήκης νέων πρωτοκόλλων καθώς και οπτικοποίησης. Το περιβάλλον αυτό χρησιμοποιήθηκε ακολούθως για την επέκταση και πειραματική αξιολόγηση ορισμένων χαρακτηριστικών υπαρχόντων πρωτοκόλλων διάδοσης πληροφορίας σε ασύρματα δίκτυα μικροαισθητήρων. Παράλληλα, αναπτύξαμε ένα νέο πρωτόκολλο και κάναμε μια σύγκριση της απόδοσής του με άλλα αντίστοιχα πρωτόκολλα. Η πειραματική μας αξιολόγηση έδειξε ότι το νέο πρωτόκολλο, το οποίο βασίζεται σε δυναμικές αλλαγές της ακτίνας μετάδοσης των κόμβων του δικτύου, συμπεριφέρεται αποδοτικότερα από άλλα πρωτόκολλα της υπάρχουσας βιβλιογραφίας, και συγκεκριμένα σε δίκτυα με εμπόδια και ανομοιογενή ανάπτυξη των αισθητήρων. Στη συνέχεια, δόθηκε έμφαση στην προσθήκη «ρεαλιστικών» συνθηκών κατά τη διάρκεια της εξομοίωσης τέτοιων πρωτοκόλλων, οι οποίες να λειτουργούν ανταγωνιστικά ως προς τα πρωτόκολλα αυτά. Σκοπός μας ήταν να προταθεί ένα μοντέλο, το οποίο να μπορεί να περιγράψει συνθήκες που περιορίζουν την αποτελεσματικότητά τους. Συγκεκριμένα, προτείναμε και υλοποιήσαμε ένα ολοκληρωμένο μοντέλο ``εμποδίων'', το οποίο εισάγει μικρή πρόσθετη υπολογιστική πολυπλοκότητα σε έναν εξομοιωτή, ενώ παράλληλα για να εξετάσουμε την επίδρασή του εστιάσαμε σε πρωτόκολλα τα οποία χρησιμοποιούν γεωγραφική γνώση (απόλυτη ή σχετική) για να δρομολογήσουν την πληροφορία μέσα σε ένα δίκτυο ασύρματων μικροαισθητήρων. Τέτοια πρωτόκολλα είναι σχετικά ευαίσθητα σε δυναμικές αλλαγές της τοπολογίας και των συνθηκών του δικτύου. Μέσω πειραματικής αξιολόγησης δείξαμε την σημαντική επίδραση που μπορούν να έχουν συγκεκριμένες αντίξοες συνθήκες μέσα στο δίκτυο στην απόδοση αυτών των πρωτοκόλλων. Στο σκέλος των εφαρμογών, προτείναμε αρχικά μια αρχιτεκτονική (WebDust/ShareSense) για ένα σύστημα διαχείρισης τέτοιων δικτύων, το οποίο να παρέχει βασικές δυνατότητες δημιουργίας εφαρμογών για τέτοια δίκτυα σε συνδυασμό με επεκτασιμότητα. Χαρακτηριστικά που ξεχωρίζουν είναι η δυνατότητα διαχείρισης πολλαπλών ετερογενών ασύρματων δικτύων μικροαισθητήρων, η ανοικτότητα, η χρήση peer-to-peer αρχιτεκτονικής για τη διασύνδεση πολλών διαφορετικών δικτύων. Υλοποιήθηκε μέρος του προτεινόμενου συστήματος, ενώ στη συνέχεια το σύστημα αναθεωρήθηκε σε ότι αφορά την αρχιτεκτονική του και εμπλουτίστηκε με πρόσθετες δυνατότητες παρουσίασης. / Wireless sensor networks are a recently introduced category of ad hoc computer networks, which are comprised by nodes of small size and limited computing and energy resources. Such nodes are able of measuring physical properties such as temperature, humidity, etc., wireless communication between each other and in some cases interaction with their surrounding environments (through the use of electromechanical parts). As these networks have begun to be widely available (in terms of cost and commercial hardware availability), their field of application and philosophy of use is constantly evolving. We have numerous examples of their applications, ranging from monitoring the biodiversity of a specific outdoor area to structural health monitoring of bridges, and also networks ranging from few tens of nodes to even thousands of nodes. In this PhD thesis we investigated the following basic research lines related to wireless sensor networks: a) their simulation, b) the development of data propagation protocols suited to such networks and their evaluation through simulation, c) the modelling of ``hostile'' circumstances (obstacles) during their operation and evaluation of their impact through simulation, d) the development of a sensor network management application. Regarding simulation, we initially placed an emphasis to issues such as the effective simulation of networks of several thousands of nodes, and in that respect we developed a network simulator (simDust), which is extendable through the addition of new data propagation protocols and visualization capabilities. This simulator was used to evaluate the performance of a number of characteristic data propagation protocols for wireless sensor networks. Furthermore, we developed a new protocol (VRTP) and evaluated its performance against other similar protocols. Our studies show that the new protocol, that uses dynamic changes of the transmission range of the network nodes, performs better in certain cases than other related protocols, especially in networks containing obstacles and in the case of non-homogeneous placement of nodes. Moreover, we emphasized on the addition of ``realistic'' conditions to the simulation of such protocols, that have an adversarial effect on their operation. Our goal was to introduce a model for obstacles that adds little computational overhead to a simulator, and also study the effect of the inclusion of such a model on data propagation protocols that use geographic information (absolute or relative). Such protocols are relatively sensitive to dynamic topology changes and network conditions. Through our experiments, we show that the inclusion of obstacles during simulation can have a significant effect on these protocols. Finally, regarding applications, we initially proposed an architecture (WebDust/ShareSense), for the management of such networks, that would provide basic capabilities of managing such networks and developing applications above it. Features that set it apart are the capability of managing multiple heterogeneous sensor networks, openess, the use of a peer-to-peer architecture for the interconnection of multiple sensor network. A large part of the proposed architecture was implemented, while the overall architecture was extended to also include additional visualization capabilities.

Orientador: Euripedes Guilherme de Oliveira Nobrega / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T09:41:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Amorim_MauricioJose_M.pdf: 2137966 bytes, checksum: bc8b0e13365a14be8d6bd6c336785b31 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Este trabalho apresenta uma bancada didática destinada ao ensino nos cursos de engenharia de aplicações em projetos de controle, processamento digital de sinais e programação em tempo real. Bancadas didáticas são ferramentas indispensáveis ao ensino, considerando que os conceitos vistos apenas em sala de aula são muitas vezes abstratos. A bancada em questão foi desenvolvida partindo de projeto mecânico já existente, tendo sido colocados na estrutura sensores extensométricos para obter a resposta do sistema como deformação e projetado o circuito condicionador do sinal para essa resposta. Para a prirneira fase, envolvendo identificação, controle da estrutura e análise dos resultados, foram projetados dois acionadores para os motores que aplicam o distúrbio e o esforço de controle sobre a planta. Após terem sido satisfeitas as etapas da primeira fase, o próximo passo foi transferir o sistema de controle para uma configuração embarcada utilizando um microcontrolador. Para tanto, algumas adaptações e novos projetos emergiram diante da mudança do ambiente de processamento. A necessidade de adaptar os sinais para a nova placa de aquisição exigiu mudança em alguns circuitos. o acionador de motor para uma saída de controle modulada em largura de pulso foi desenvolvido utilizando componentes discretos. Além disso, é detalhadamente abordada a programação em tempo real do sistema de controle em questão / Abstract: This work presents the design of a didactic tesbed intended to teaching control system design, digital processing of signals and real-time programming. Didactic tesbeds are very vaIuabIe tools when applying concepts developed inside the classroom. The testbed developed here is built upon a previous mechanical design. Strain gages were used as measuring devices using a conditioning circuit. FirstIy, system identification, structural control and analysis of the results were proceeded, two motor drives were designed to operate motors performing both disturbance and control inputs. Afterwards, the control system was redesigned to operate using a micracontraller unit in a embedded architeture. Some adaptations on the circuits were needed and are covered here. A DC motor circuit driver using PWM signal was developed using discrete components. Besides, real-time programming of the control system is covered in detail / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Ämnet för uppsatsen grundar sig i en ökad efterfrågan av att kunna införa teknik och informationsteknik (IT), som är testad och anpassad för en verksamhet redan innan införandet. Vidare finns det ett behov av att, genom nya innovationer, uppnå långsiktiga strategiska mål inom vård och omsorg. Därför har Sveriges innovationsmyndighet Vinnova startat en satsning på testbäddar inom vård och omsorg. En testbädd kan liknas vid en innovations- och testmiljö där samarbete mellan vårdpersonal, företag och forskning kan ske för att ta fram produkter, processer och tjänster som är anpassade till den miljö där dessa sedan ska tillämpas. Denna studie berör hur utveckling och organisering av en innovations- och testmiljö kan gå till och vilka utmaningar som finns. Vidare tar vi upp intressenters roller och behov i utvecklingen samt hur innovation kan stimuleras i en organisation. Detta har genomförts med hjälp av en fallstudie kring utvecklingen av en testbädd i Landstinget i Östergötland (LIÖ). Teorier inom områdena intressenter, utveckling och innovation används för att stödja analysen och skapa förståelse för vissa begrepp. Den empiriska undersökningen utförs genom semistrukturerade intervjuer med representanter från olika intressentgrupper till testbädd LIÖ. Analysen genomförs även med hjälp av dokumentstudier som en del i den empiriska undersökningen. Det empiriska materialet diskuteras i relation till den teoretiska referensramen för att uppnå ett kunskapsbidrag i form av en slutsats. Denna berör hur en innovations- och testmiljö kan utvecklas och organiseras, intressenternas roll och behov i utvecklingen samt hur innovationer kan genereras och utvecklas i organisationer. Med fallets hjälp kan praktiken ge ny kunskap om dessa områden inför kommande utvecklingsprojekt av liknande karaktär. / The topic of this paper is based on an increased demand for the introduction of technology and information technology (IT), which is better tested and adapted for a business before the implementation. Furthermore, there is a need that through new innovations, achieve long-term strategic objectives in the care sector. Therefore, the Swedish innovation agency Vinnova started a venture in test beds in healthcare. A test bed can be likened to an innovation and testing environment. In these, collaboration between healthcare professionals, businesses and research is done to develop products, processes and services that are adapted to the environment in which they are then applied. This study concerns the development and organization of an innovation- and testing environment and what the challenges are. It also concerns the roles and the needs of the stakeholders in the development and how innovation can be achieved in an organization. This has been studied by a case concerning the development of the testbed LIÖ in Östergötland County Council. Theories in the fields of stakeholders, development and innovation are used to support the analysis around these parts, and to create an understanding of some concepts. The empirical study is carried out through semi-structured interviews with representatives from various stakeholder groups to testbed LIÖ. The analysis is also carried out with the help of document studies as part of the empirical investigation. The empirical data are discussed in relation to the theoretical framework for achieving a knowledge contribution in the form of a conclusion. This affects how an innovation and test environment can be developed and organized, stakeholder roles and needs of the development and how innovations can be generated and developed in organizations. The study of the case can provide new knowledge in these areas for future development projects of similar nature.

The future power grid will effectively utilize renewable energy resources and distributed generation to respond to energy demand while incorporating information technology and communication infrastructure for their optimum operation. This dissertation contributes to the development of real-time techniques, for wide-area monitoring and secure real-time control and operation of hybrid power systems. To handle the increased level of real-time data exchange, this dissertation develops a supervisory control and data acquisition (SCADA) system that is equipped with a state estimation scheme from the real-time data. This system is verified on a specially developed laboratory-based test bed facility, as a hardware and software platform, to emulate the actual scenarios of a real hybrid power system with the highest level of similarities and capabilities to practical utility systems. It includes phasor measurements at hundreds of measurement points on the system. These measurements were obtained from especially developed laboratory based Phasor Measurement Unit (PMU) that is utilized in addition to existing commercially based PMU’s. The developed PMU was used in conjunction with the interconnected system along with the commercial PMU’s. The tested studies included a new technique for detecting the partially islanded micro grids in addition to several real-time techniques for synchronization and parameter identifications of hybrid systems. Moreover, due to numerous integration of renewable energy resources through DC microgrids, this dissertation performs several practical cases for improvement of interoperability of such systems. Moreover, increased number of small and dispersed generating stations and their need to connect fast and properly into the AC grids, urged this work to explore the challenges that arise in synchronization of generators to the grid and through introduction of a Dynamic Brake system to improve the process of connecting distributed generators to the power grid. Real time operation and control requires data communication security. A research effort in this dissertation was developed based on Trusted Sensing Base (TSB) process for data communication security. The innovative TSB approach improves the security aspect of the power grid as a cyber-physical system. It is based on available GPS synchronization technology and provides protection against confidentiality attacks in critical power system infrastructures.

In astronomy, interferometry by ground-based telescopes offers the greatest angular resolution. However, the Earth´s atmosphere distorts the incident wavefront from a celestial object, leading to blurring and signal loss. It also restricts the transmission of specific wavelengths within the electromagnetic spectrum. Space-based interferometers would mitigate atmospheric obstruction and potentially enable even higher angular resolutions. The main challenge of implementing space-based interferometry is the necessity of matching the light´s optical path differences at the telescopes within the coherence length of the light utilizing physical delay lines. This thesis explores the potential realization of digital delay lines via heterodyne interferometry. The technique generates a heterodyne beat note at the frequency difference between the incident stellar light and a reference laser in the radio regime, permitting digitization of the delay line while preserving the phase information for image reconstruction. The primary objective of the thesis is to advance the field of astronomy by constructing a testbed environment for investigating future space-based heterodyne interferometry in the NIR light range. It requires the achievement of two main tasks. Firstly, a laboratory starlight simulator is developed to simulate a distant star´s wavefront appearance as it reaches telescopes on or around Earth. The consequent starlight simulator contains an optical assembly that manifests a point source in NIR light, aligned with a mirror collimator’s focal point, transforming the wavefront from spherical to planar. Secondly, a fiber optical circuit with interference capability is constructed, consisting of a free-space optical delay line and a polarization-controlled custom-sized fiber. The delay line matches the optical paths within the light's coherence length, while the polarization controller optimizes interference visibility. The completion of the tasks establishes the foundation to investigate space-based heterodyne interferometry in the NIR light with the potential implementation of delay line digitization.

En los últimos años, el consumo de servicios multimedia ha aumentado y se prevé que esta tendencia continúe en un futuro próximo, convirtiendo el tema de la evaluación de la Calidad de la Experiencia (QoE) en un tema muy importante para valorar el servicio de los proveedores. En este sentido, la optimización de la QoE recibe cada vez más atención ya que las soluciones actuales no han tenido en cuenta, la adaptación, la viabilidad, la rentabi-lidad y la fiabilidad. La presente memoria se centra en la caracterización, diseño, desarrollo y evaluación de diferentes aplicaciones multimedia, con el fin de optimizar la QoE. Por tanto, este trabajo investiga la influencia que la infraestructura de redes, las características de los videos y los terminales de los usuarios, presentan en la QoE de los servicios multimedia actuales en Internet. Esta tesis se basa en la investigación exhaustiva de la evaluación subjetiva y objetiva de QoE en redes heterogéneas. Los desafíos y cuestiones relacionados con el estado de la técnica y se discuten en esta disertación. En la primera fase, diseñamos una metodología de prueba para evaluar la QoE en la transmisión de video en directo y a través de plataformas de video bajo demanda en redes Wi-Fi y celulares. A partir de esta fase inicial, propondremos los problemas a investigar y las preguntas para resolver a lo largo de esta disertación. Nuestra metodología hace uso de métricas subjetivas y objetivas para evaluar la QoE percibida por los usuarios finales. Se realiza un conjunto de experimentos en laboratorio donde nuestra metodología de pruebas es aplicada. Los resultados obtenidos se recopilan y analizan para extraer las relaciones entre la Calidad de servicio (QoS) y QoE. A partir de estos resultados, se propone un mapeo de QoS-QoE que permite predecir la QoE. En la siguiente fase de la investigación, desarrollamos los algoritmos de optimización de QoE basados en la administración del sistema de red para redes Wi-Fi y celulares. Los algoritmos usan los parámetros clave que se tuvieron en cuenta para la evaluación de QoE. El objetivo de estos algorit-mos es proporcionar un sistema de gestión flexible para las redes con el ob-jetivo de lograr un equilibrio controlado entre la maximización de QoE y la eficiencia del uso de los recursos. Por último, se diseña el banco de pruebas del sistema para evaluar el rendimiento de las aplicaciones de servicios multimedia genéricos en los diferentes entornos de prueba. El banco de pruebas del sistema se basa en el enfoque de virtualización; usa los recursos compartidos de un hardware fí-sico para virtualizar todos los componentes. El banco de pruebas virtualiza-do proporciona funciones de red virtualizadas para diferentes escenarios, como Internet (las redes de distribución de contenido - CDNs) y redes inalámbricas. Por lo tanto, se adoptan protocolos livianos y mecanismos ágiles en el sistema, para proporcionar un mejor servicio a los usuarios fina-les. Los resultados de QoE son proporcionados a los proveedores de servi-cios de acuerdo con los parámetros que se definen en el proceso de la eva-luación. Como resultado hemos obtenido un sistema que presenta un servi-cio rentable como una forma factible para la evaluación de la prueba. / In recent years, multimedia services consumption has increased and it is expected that this trend will continue in the near future, becoming the evaluation of Quality of Experience (QoE) as a very important issue for assessing the quality of providers' services. In this sense, the optimization of the QoE is progressively receiving much attention considering that current solutions are not based on the adaptation, feasibility, cost-effectiveness, and reliability. The present dissertation is focused on the characterization, design, development and evaluation of different multimedia applications aimed to optimize the QoE. Therefore, this work investigates the influence that the networks infrastructure, the videos' characteristics and the users' terminals present on QoE of the current Internet multimedia services. The work is based on a comprehensive research of subjective and objective assessments in heterogeneous networks. Challenges and research questions related to the state of the art are discussed in this dissertation. In the first phase of this dissertation, we design a test methodology for assessing QoE of live video streaming and video on demand platforms to be transmitted over Wi-Fi and cellular networks. From this initial step, we will propound the related research issues and questions to solve this dissertation. Our methodology considers the use of subjective and objective metrics to evaluate the QoE perceived by end-users. A set of laboratory experiments is conducted where our proposed methodology is applied. The obtained results are gathered and analyzed to extract the relations between Quality of Service (QoS) and QoE. From the results, we propose a QoS-QoE mapping which allows predicting QoE. In the next phase of the research, we develop QoE-optimization algorithms based on network system management for Wi-Fi and cellular networks. The algorithms use the key parameters that were taken into account for QoE assessment. The goal of these algorithms is to provide a flexible management system for the networks in order to achieve the desirable trade-off between QoE maximization and resource usage efficiency. Lastly, the system testbed is designed in order to evaluate the performance of generic multimedia services applications for the different environments under test. The system testbed is based on virtualization approach; it uses the shared resources of a physical hardware to virtualize all components. The virtualized testbed provides virtualized network functions for the different scenarios such as the Internet (Content Delivery Networks - CDNs) and wireless networks. Therefore, lightweight protocols and agile mechanisms are adopted in the system to provide enhanced service to end-users. The QoE results are reported to the service providers according to the parameters defined in the evaluation process. As a result, we have obtained a cost-effective system, which is considered as a feasible way for test evaluation. / En els últims anys, el consum de serveis multimèdia ha augmentat i es preveu que aquesta tendència continue en un futur pròxim, convertitnt el tema de l'avaluació de la Qualitat d'Experiència (QoE) una tasca molt im-portant per a valorar el servei dels proveïdors. En aquest sentit, l'optimització de la QoE rep cada vegada més atenció degut a que les solucions actuals no tenen en compte, l'adaptació, la viabilitat, el rendiment i la fiabilitat. La present memòria se centra en la caracterització, disseny, desenvolupament i avaluació de diferents aplicacions multimèdia, amb la finalitat d'optimitzar la QoE. Per tant, aquest treball investiga la influència que la infraestructura de les xarxes, les característiques dels videos i els terminals dels usuaris tenen sobre la QoE dels serveis multimèdia actuals d'Iinternet. Aquesta tesi es basa en una recerca exhaustiva de l'avaluació subjectiva i objectiva de QoE en xarxes heterogènies. Els desafiaments i preguntes relacionats amb l'estat de la tècnica es discuteixen en aquesta dissertació. En la primera fase, dissenyem la metodologia de prova per a avaluar la QoE de transmissió de video en directe i de plataformes de video baix demanda en xarxes Wi-Fi i cel·lulars. A partir d'aquest primer pas, proposem els problemes de recerca relacionats i les preguntes a resoldre a través d'a-questa tesi. La nostra metodologia fa ús de mètriques subjectives i objecti-ves per a avaluar la QoE dels usuaris finals. Es realitzen un conjunt d'expe-riments en laboratori on s'aplica la nostra metodología. Els resultats obtin-guts es recopilen i analitzen per a extraure les relacions entre la QoS i la QoE. A partir d'aquests resultats, esproposa un mapatge de QoS-QoE que ens permetrà predir la QoE. En la següent fase de la recerca, desenvolupem els algoritmes d'optimi-tzació de la QoE per a l'administració de xarxes Wi-Fi i cel·lulars. Els algo-ritmes utilitzen els paràmetres clau que es van tenir en compte per a l'ava-luació de QoE. L'objectiu d'aquests algoritmes és proporcionar un sistema de gestió flexible per ales xarxes que permetrá aconseguir un equilibri con-trolat entre la maximització de la QoE i l'us eficient dels recursos. Finalment, el banc de proves del sistema està dissenyat per a avaluar el rendiment de les aplicacions de serveis multimèdia genèrics en els diferents entorns de prova. El banc de proves del sistema es basa en l'enfocament de virtualització; usa els recursos compartits d'un equip físic que virtualitza tots els components. El banc de proves virtualitzat proporciona les funcions de xarxa virtualitzades per a diferents escenaris, com Internet (les xarxes de distribució de continguts - CDNs) i xarxes sense fils. Per tant, s'adopten protocols lleugers i mecanismes àgils en el sistema per a proporcionar un millor servei als usuaris finals. Els resultats de QoE son proporcionats als proveïdors de serveis d'acord amb els paràmetres que es defineixen en el procés de l'avaluació. Com a resultat, hem obtés un sistema que presenta un servei rendible i com a viable per a l'avaluació de la prova. / Abdullah, MT. (2018). Smart Client-Server Protocol and Architecture for Adaptive Multimedia Streaming [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/103324