L’Internet des objets (IdO) utilise l’interconnexion de milliards de petits appareils informatiques, appelés «Objets», pour fournir un accès à des services et à des informations partout dans le monde. Cependant, la suite de protocoles IP a été conçue il y a plusieurs décennies dans un but totalement différent, et les fonctionnalités de l’IoT soulignent désormais les limites de l’IP. En parallèle aux efforts d’adaptation de l’IP à l’IdO, des architectures alternatives basées sur les réseaux orientés information promettent de satisfaire nativement les applications Internet émergentes. L’une de ces architectures est appelée réseau de données nommées (NDN). Nos objectifs à travers le travail rapporté dans ce manuscrit peuvent êtrerésumés en deux aspects. Le premier objectif est de montrer que NDN est adapté à la prise en charge des systèmes IdO. Le deuxième objectif est la conception de deux solutions de communication légères pour les réseaux sans fil contraints avec NDN. / The Internet of Things (IoT) uses the interconnection of billions of small computing devices, called “Things”, to provide access to services and information all over the world. However, the IP protocol suite has been designed decades ago for a completely different purpose, and IoT features now highlight the limitations of IP. While adapting IP for the IoT might be seen as cutting corners, alternative architectures based on the Information Centric Networking (ICN) paradigm promise to natively satisfy emerging Internet applications. One of these architectures is Named Data Networking (NDN). Our objectives through the work reported in this manuscript can be summarized in two aspects. The first objective is to show that NDN is suitable to support IoT networking. The second objective is the design of two solutions for lightweight forwarding in constrained wireless networks.

The IEEE Standard for Gigabit Networking was accepted in June 1998 and ratified as IEEE 802.3z. This standard uses considers an optical cable for signal transmission. One year later a new standard for Gigabit Ethernet over unshielded twisted pair of the 5th category was certified under the name 802.3ab. Nowadays, there are a couple of younger and older studies about Gigabit Ethernet technology and performance. This Meta Analysis is intended to put the main results altogether into one document suitable for a proper choice of gigabit networking equipment for cluster computers.

Wireless Sensor Networks are the main representative of pervasive computing in large-scale physical environments. These networks consist of a large number of small, wireless devices embedded in the physical world to be used for surveillance, environmental monitoring or other data capture, processing and transfer applications. Ultra wideband has emerged as one of the newest and most promising concepts for wireless technology. Considering all its advantages it seems a likely communication technology candidate for future wireless sensor networks. This paper considers the viability of ultra wideband technology in wireless sensor networks by employing an IEEE 802.15.4a low-rate ultra wideband physical layer model in the OMNET++ simulation environment. An elaborate investigation into the inner workings of the IEEE 802.15.4a UWB physical layer is performed. Simulation experiments are used to provide a detailed analysis of the performance of the IEEE 802.15.4a UWB physical layer over several communication distances. A proposal for a cognitive, adaptive communication approach to optimize for speed and distance is also presented. AFRIKAANS : Draadlose Sensor Netwerke is die hoof verteenwoordiger vir deurdringende rekenarisering in groot skaal fisiese omgewings. Hierdie tipe netwerke bestaan uit ’n groot aantal klein, draadlose apparate wat in die fisiese wêreld ingesluit word vir die doel van bewaking, omgewings monitering en vele ander data opvang, verwerk en oordrag applikasies. Ultra wyeband het opgestaan as een van die nuutste en mees belowend konsepte vir draadlose kommunikasie tegnologie. As al die voordele van dié kommunikasie tegnologie in ag geneem word, blyk dit om ’n baie goeie kandidaat te wees vir gebruik in toekomstige draadlose sensor netwerke. Hierdie verhandeling oorweeg die vatbaarheid van die gebruik van die ultra wyeband tegnologie in draadlose sensor netwerke deur ’n IEEE 802.15.4a lae-tempo ultra wyeband fisiese laag model in die OMNET++ simulasie omgewing toe te pas. ’n Breedvoerige ondersoek word geloots om die fyn binneste werking van die IEEE 802.15.4a UWB fisiese laag te verstaan. Simulasie eksperimente word gebruik om ’n meer gedetaileerde analiese omtrent die werkverrigting van die IEEE 802.15.4a UWB fisiese laag te verkry oor verskillende kommunikasie afstande. ’n Voorstel vir ’n omgewings bewuste, aanpasbare kommunikasie tegniek word bespreek met die doel om die spoed en afstand van kommunikasie te optimiseer. / Dissertation (MEng)--University of Pretoria, 2011. / Electrical, Electronic and Computer Engineering / unrestricted

Mobiles, pouvant changer d’environnements au cours du temps, et de milieu pour la transmission des données et de forme de topologie, les capteurs doivent s’adapter au contexte où ils se trouvent afin d’optimiser les mécanismes qu’ils mettent en œuvre. Dans la première partie, nous proposons un mécanisme pour adapter l’architecture d’un réseau de capteurs dynamiquement en fonction du contexte et comprenant la détection dynamique d’un changement de contexte, la détection dynamique du nouveau, l’adaptation dynamique au niveau des trois couches responsables de la gestion des liens de communication en conséquence, le tout sous contrainte de consommation d’énergie. Le travail mené dans cette première partie a d’emblée posé la question de la détection du contexte. C’est une question assez difficile car elle est mal définie. L’objet de la deuxième partie est d’aborder la reconnaissance à la volée de la technologie utilisée par les réseaux émettant du trafic concurrent au réseau de capteurs. Le mécanisme proposé, FIM, identifie la cause d’interférences à partir de modèles d’erreurs observées dans les paquets de données. La détection du contexte permet aux nœuds du réseau de capteurs d’obtenir des informations sur l’environnement. Certains nœuds doivent avoir une connaissance plus fiable de l’environnement que d’autres. Comment récupérer l’information de nœuds voisins, sélectionner ceux de qui on la récupère et ne garder que ce qui nous semble sûr et utile sont les questions qui sont abordées dans la troisième partie. Nous proposons un mécanisme qui permet de décider dynamiquement si des mécanismes de docition doivent être utilisés ou pas / Being mobile, the wireless sensors must adapt to the changing environment. Therefore, in the first part of this thesis we propose a mechanism to adapt the WSN architecture dynamically based on the detected context; this includes the dynamic detection of the topology change, the detection of the new context and consequently the dynamic adaptation of the communication layer. All of these actions are executed under constraints on energy consumption. The work done in this part poses the question of detecting the new context. This is a rather difficult question because it is unclear. The purpose of the second part is to detect on the fly the type of the competitor technology generating a traffic that interferes with the WSN. The proposed mechanism, FIM, identifies the cause of interference from errors model observed in the corrupt data packets. The context detection allows the nodes of the sensor network to obtain information about the environment. Some nodes must have more reliable information on the environment than others. How to retrieve the information? From which neighboring nodes? And what information to keep as safe and useful? Are the questions that are addressed in the third part. We propose a mechanism to dynamically decide if docition mechanisms should be used or not

Automation of the forest industry has for over 30 years been an important subject of research, which could reduce the human workload and costs significantly. However, there are still many problems to be solved, such as enabling the communication between the heavy machinery in a forest and a remote base. High speed and reliable communication is the key to automated operations and remote control of machinery. This thesis investigates the feasibility and performance of IEEE 802.11n/ac WiFi hardware to provide high-bandwidth connection in a forest. In this project, the propagation of WiFi signals in the2.4 GHz and 5 GHz bands in a typical Nordic forest environment has been simulated using specialized radio propagation software employing ray-tracing and different diffraction models to evaluate the path loss and signal strength. The simulations show that the idea is feasible if high-gain directional antennas are employed, as connections of sufficiently high speed (400+ Mbps for the 5 GHz band) can potentially be established for typical working distances,i.e. 300m. We then designed a directional antenna system and evaluated it in a real Nordic forest environment. We found that by manually aligning the antennas in a forest, reliable connections could be achieved up to 50 m without line-of-sight, however higher distances result in significantly lower speeds (13.3 Mbps at 80 m and 1.21 Mbps at 100 m) due to antenna misalignment. It is however possible to construct a more accurate, automated alignment system, which could replicate the simulation results and fully solve the problem of communication. / Automatiseringen av skogsindustrin har i över 30 år varit ett viktigt forskningsämne, med potential att kraftigt minska människans arbetsbelastning samt kostnader. Det finns dock fortfarande flera problem som behöver lösas inom ämnet, såsom kommunikationen mellan en tung skogsmaskin och en basstation. En stabil höghastighetsuppkoppling är nyckeln till automatiserad drift och fjärrstyrning av maskiner. Det här projektet undersöker möjligheterna och prestandan när IEEE 802.11n/ac WiFi-hårdvara används till att skapa ett högbandbreddsuppkoppling in en skog. Projektet examinerar hur WiFi-signaler i 2.4 GHzsamt 5 GHz-banden sprids i en typisk nordisk skog. Detta görs med hjälp av simulationer utförda i specialiserad radiovågsspridnings mjukvara som använder sig av ray-tracing och olika spridningsmodeller till analyser av signalförluster och uppkopplingens stabilitet. Simulationerna visar att lösningen kan realiseras om riktade antenner med hög förstärkning används då kan uppkopplingar med tillräckligt hög hastighet (400+ Mbps för 5 GHz-bandet) potentiellt erhållas för typiska arbetsavstånd 300 m. Därefter byggdes det ett antennsystem som examinerades i en verklig nordisk skogsmiljö. Då antennerna riktades manuellt, kunde systemet erhålla stabil och snabb uppkoppling på avstånd av upp till 50m i skogsmiljö utan sikte mellan basstation och mottagare. Vid längre avstånd blev dock hastigheterna lägre (13.3 Mbps vid 80 m och 1.21 Mbps vid 100 m) på grund av antennernas felorientering gentemot varandra. Det är dock potentiellt möjligt att kostruera ett mer exakt, automatiserad system som kan återskapa simulationsresultaten och fullständigt lösa kommunikationsproblemet.

Det här arbetet har undersökt hur mycket end-to-end delay, packet reception ratio och throughput påverkas av antal bilar, bilars hastighet samt avståndet mellan bilar i en simulerad miljö när standarden IEEE 802.11p och LTE-V2X används för kommunikation. Båda teknologierna använder det licensierade Intelligent Transport System-bandet på 5,9 GHz. För att simulera IEEE 802.11p användes ramverket Veins som kombinerar nätverkssimulatorn OMNeT++ med trafiksimulatorn SUMO, och för LTE-V2X användes SimuLTE. Alla bilar skickade säkerhetsmeddelanden på 320 byte var 100 millisekund. I stadsområdet, korsningen och den raka vägen som studerades presterade IEEE 802.11p bättre än LTE-V2X. Kommunikation med LTE-V2X visade sig vara mycket känsligare för förändringar än när IEEE 802.11p används. När antalet bilar blev fler ändrades delayen betydligt mer för LTE-V2X än IEEE 802.11p. Delayen var nära 0,12 millisekunder i alla tester när IEEE 802.11p användes, medan LTE-V2X varierade från 14 millisekunder till 10 sekunder. Antalet mottagna paket var också mycket högre för IEEE 802.11p än LTE-V2X. Medan packet reception ratio var nära 100% i alla test då IEEE 802.11p användes var LTE-V2X under 50% i de flesta fall. / This study has evaluated the impact on the end-to-end delay, packet reception ratio and throughput of vehicle density, vehicles speed and the distance between vehicles in a simulated environment, where the vehicles were communicating with the standards IEEE 802.11p and LTEV2X. Both technologies operate in the licensed Intelligent Transport System band of 5.9 GHz. The network simulator OMNeT++ was combined with the traffic simulator SUMO to build the V2X simulator. The framework Veins was used to simulate IEEE 802.11p and SimuLTE was used to simulate LTE-V2X. All vehicles sent out safety messages of 320 byte at a rate of 10 Hz, i.e., every 100 milliseconds. In the urban area, intersection and straight road that were studied, IEEE 802.11p performed better than LTE-V2X. It was shown that LTE-V2X is far more sensitive to changes than IEEE 802.11p. When the density got higher the end-to-end delay was changed significantly more for LTE-V2X than IEEE 802.11p. End-to-end delay was near 0.12 milliseconds in all tests when IEEE 802.11p was used, while LTE-V2X ranged from 14 milliseconds to 10 seconds. Packet reception ratio was much higher for IEEE 802.11p than LTE-V2X. While it was near 100% when IEEE 802.11p was used in all tests, LTE-V2X showed a packet reception ratio less than 50% in most cases.

As increasingly more IoT devices are being deployed simultaneously in the dense 2.4 GHz ISM band, interference could start occurring. BLE, and IEEE 802.15.4 are two protocols used in IoT devices, that both are now also capable of using IPv6 communication. Since the protocols coexist in this same frequency band, interference could become a problem. However, uncooperative coexistence between these two protocols under higher IPv6 data rates is understudied, and could be unfair. This thesis aims to study possible coexistence, and mitigate it using CCA.An experimental test setup consisting of two nodes for each protocol in close proximity was used to measure possible reliability issues and data rate decrease by logging sent connection based packets over serial, while limiting the amount of available overlapping data channels for each protocol.The results show that even though PDR is maintained, throughput can decrease. While still using all channels, BLE suffers a throughput decrease of 2.25% and IEEE 802.15.4 a decrease of only 0.34%. In the most extreme case BLE can suffer a decrease of 73.3% in throughput, while IEEE sees a mean throughput decrease of 10.9%. When enabling CCA in this extreme case, an improvement of 54.6% in throughput was observed for BLE, while IEEE 802.15.4 saw a relative loss of 3.5%. Therefore, the conclusion could be made that enabling CCA in IEEE 802.15.4 can enable more fair coexistence between the protocols. / Eftersom allt fler IoT-enheter distribueras samtidigt i det täta 2,4 GHz ISM-bandet kan störningar inträffa. BLE och IEEE 802.15.4 är två protokoll som används i IoT-enheter, som båda nu också kan använda IPv6-kommunikation. Eftersom protokoll existerar i samma frekvensband kan störningar bli ett problem. Men osammanhängande samexistens mellan dessa två protokoll under högre IPv6-datahastigheter är underskattad och kan vara orättvist. Avhandlingen syftar till att studera eventuell samexistens och mildra den med hjälp av CCA.En experimentell testinställning bestående av två noder för varje protokoll i närheten, användes för att mäta eventuella pålitlighetsproblem och minskning av datahastighet genom att logga skickade anslutningsbaserade paket över seriell, samtidigt som man begränsar mängden tillgängliga överlappande datakanaler för varje protokoll.Resultaten visar att även om PDR upprätthålls kan genomströmningen minska. Medan BLE fortfarande använder alla kanaler, har BLE en genomströmningsminskning på 2.25% och IEEE 802.15.4 en minskning med endast 0.34%. I det mest extrema fallet kan BLE drabbas av en minskning med 73.3% i genomströmning, medan IEEE ser en genomsnittlig genomströmningsminskning på 10.9%. Vid aktivering av CCA i detta extrema fall observerades en förbättring av 54.6% i genomströmning för BLE medan IEEE 802.15.4 såg en relativ förlust på 3.5%. Därför kan slutsatsen dras att en attityd till CCA i IEEE 802.15.4 kan möjliggöra en mer rättvis samexistens mellan protokollen.

The Internet of Things holds great promises for the future. In the smart cities of tomorrow, wireless connectivity of everyday objects is deemed essential in ensuring efficient and sustainable use of vital, yet limited resources such as water, electricity and food. However, radio communication at the required scale does not come easily. Bandwidth is yet another limited resource that must be used efficiently so that wireless infrastructure for different IoT applications can coexist. Keeping up with the digitalization of modern society is difficult for wireless researchers and developers. The Software-Defined Radio (SDR) is a technology that allows swift prototyping and development of wireless systems by moving traditional hardware-based radio building blocks into the software domain. For developers looking to be on the bleeding edge of wireless technology, and thus keep up with the rapid digitalization, the SDR is a must. Many SDR systems consist of a radio peripheral that handles tasks such as amplification, AD/DA-conversion and resampling that are common to all wireless communication systems. The application-specific work is done in software at the baseband or an intermediate frequency by a host PC connected to the peripheral. That may include PHY-related processing such as the use of a specific modulation scheme as well as higher-layer tasks such as switching. While this setup does provide great flexibility and ease-of-use, it is not without its drawbacks. Many communication protocols specify a so-called round-trip time and devices wishing to adhere to the protocol must be able to respond to any transmission within that time. The link between the host and the peripheral is a major cause of latency and limits the use of many software-defined radio systems to proof-of-concept implementations and early prototyping since it prevents the round-trip time from being fulfilled. Overcoming the latency in the link would allow the flexibility of SDRs to be brought into field applications.This thesis aims to offload the link between the host PC and the radio peripheral in a typical SDR system. Selected parts IEEE 802.15.4, a wireless standard designed for IoT applications, were implemented by using unused programmable logic aboard the peripheral as a co-processor in order to reduce the amount of data that gets sent on the link. Frame success rate and round-trip time measurements were made and compared to measurements from a reference design without any co-processing in the radio peripheral. The co-processing greatly reduced traffic on the link while achieving a similar frame success rate as the reference design. In terms of round-trip time, the co-processing actually caused the latency to increase. Furthermore, the measurements from the coprocessing system showed a counter-intuitive behavior where the round-trip time decreased as the rate of the generated test frames increased. This unusual behavior is most likely due to internal buffer mechanisms of the operating system on the host PC. Further investigation is required in order to bring down the response time to a level more suitable for field applications. / Sakernas Internet, The Internet of Things (IoT), utlovar stora saker inom en snar framtid. I morgondagens smarta städer är trådlös uppkoppling av vardagliga ting en viktig komponent för effektiv och hållbar användning av begränsade resurser såsom vatten, elektricitet och mat. Desvärre är radiokommunikation i den skala som krävs en tuff utmaning. Bandbredd är ytterligare en begränsad resurs som måste användas effektivt så att trådlös infrastruktur för olika IoTapplikationer kan samexistera. Att hänga med i takten för det moderna samhällets digitalisering är svårt för forskare och utvecklare inom trådlösa system. Den mjukvarudefinierade radion, Software-Defined Radio (SDR), är en teknik som möjliggör smidig utveckling av trådlösa system. Grunden i tekniken är att flytta traditionella hårdvarubaserade byggblock för radio in i mjukvarudomänen. För utvecklare som vill befinna sig i framkanten för trådlösa system, och på så vis hålla takt med den snabba digitaliseringen, är SDR ett måste. Många SDR system består av en extern radiomodul som hanterar sådant som är gemensamt för de flesta trådlösa system, exempelvis förstärkning, AD/DA-omvandling och omsampling. Applikationsspecifik funktionalitet sköts av mjukvara i basbandet eller på en mellanfrekvens där mjukvaran körs på en PC. Ett SDR-system bestående av en PC med en extern radiomodul ger användaren stor flexibilitet men det har sina brister. Många kommunikationsprotokoll anger en så kallad Round-Trip Time (RTT). Enheter som strävar efter att följa protokollet måste kunna svara på alla meddelanden inom den tiden som angetts som RTT. Länken mellan PC:n och radiomodulen är en stor bidragare till fördröjningar och begränsar användandet av SDR till konceptuella tester och tidiga prototyper efter som fördröjningarna oftar innebär ett brott mot protokollets RTT. Om problemet med fördröjningar kan undvikas skulle SDR kunna användas i fältapplikationer med all den flexibilitet som SDR innebär och därmed bli ett kraftfullt utvecklingsverktyg för forskare och utvecklare inom området.Det här arbetet avser att avlasta länken mellan PC:n och radiomodulen i ett typiskt SDR system. Utvalda delar av IEEE 802.15.4, en standard för trådlös kommunikation inom IoT, implementerades med hjälp av programmerbar logik på USRP:n så att de flesta samplingarna konsumeras innan länken. Antalet framgångsrikt mottagna ramar samt RTT mättes och jämfördes med en referensdesign där samtliga beräkningar hanteras av PC:n. Användandet av den programmerbara logiken ledde till mycket reducerade datamängder på länken utan nämnvärd förändring i antalet framgångsrikt mottagna ramar jämfört med referensdesignen. Dock, vart fördröjningarna i systemet större när den programmerbara logiken användes. Dessutom visade systemet ett oväntat beteende där fördröjningen minskade under när trycket från den trådlösa trafiken ökade. Detta märkliga beteende beror högst troligt på interna buffermekanismer i operativsystemet i PC:n. Fortsatt utredning krävs innan fördröjningarna kan reduceras till en nivå som passar för fältapplikationer.

With the coming growth in Internet of Things (IoT) applications, we can expect environ-ments with many independent networks operating in nearby locations. Wireless Sensor Networks (WSN), which have become popular during the last few years, are the main type of networks used in IoT. The IEEE 802.15.4 protocol designed for low-rate wireless personal area networks has been widely adopted for this kind of network. Together with ZigBee, this protocol is gaining increasing interest from the industry, as they are con-sidered a universal solution for low-cost, low-power, wireless connected monitoring and control devices. Internetwork interference issues in IEEE 802.15.4 networks can be a ma-jor problem because of the extensive use of wireless channels. In this thesis, an in-depth simulation study of the internetwork interferences is performed using Castalia, a widely used network simulator. We focus on the beacon collision problem, as it has been proved to be the main cause of performance degradation for coexisting networks. We carry out a prestudy of the main node simulation parameters to setup the different scenarios. Then, we evaluate how the overlap of the active periods and the location of the nodes affect the network performance. We continue with a network coexistence analysis to study the inter-action of two networks of two nodes and their performance regarding the beacon reception rate. We show that there are significantly different operation regions, depending on the network location. Following this, a probabilistic analysis is carried out in order to obtain an average beacon reception rate depending on the size of the area considered. Finally, we discuss available beacon collisions avoidance methods, taking into account the detailed simulation results. Our conclusions have theoretical and practical implications for the design of wireless sensor networks, and for the evaluation of beacon collisions avoidance schemes. / Med den kommande tillväxten i sakernas Internet (IoT) applikationer är miljöer med många oberoende nätverk som verkar på närliggande ställen väntat. Trådlösa sensornätverk (WSN), som har blivit populära under de senaste åren, är den vanligaste typen av nät som används i sakernas Internet. IEEE 802.15.4 protokollen, konstruerad för låghastighet trådlösa personlig area nätverk, har fått stor spridning för WSNs. Tillsammans med ZigBee, får de en snabb ökat intresse från industrin, eftersom de betraktas som en universallösning för låg kostnad låg energi trådlös anslutning för övervaknings- och kontrollinstrument. Internätverk interferens i IEEE 802.15.4 nätverk kan vara ett stort problem på grund av den omfattande användningen av trådlösa kanaler. I denna avhandling är en djupgående simulation studie utfört med hjälp av Castalia, ett utbrett använt nätverk simulator. Vi fokuserar på beacon kollisionsproblem, eftersom det har visat sig vara den främsta orsaken till prestandaförsämring för samexisterande nätverk. Vi utför en förstudie av den viktigaste simulation parametrarna för att bestemma de olika scenarierna. Sedan utvärderar vi hur överlappningen av de aktiva perioderna och placeringen av noderna påverkar nätverkets prestanda. Vi fortsätter med en nätverksamexistens analys för att studera interaktionen mellan två nätverk av två noder, och deras prestanda avseende beacon mottagnings kvot. Vi visar att det finns betydligt olika operationsområdena, beroende på nätverksens placering. Därefter är en sannolikhetsanalys utfört för att erhålla en genomsnittlig beacon mottagnings kvot, beroende på storleken på betraktade områden. Slutligen diskuterar vi tillgängliga metoder för att undvika beacon kollision, med hänsyn till de detaljerade simuleringsresultaten. Våra slutsatser har teoretiska och praktiska kon-sekvenser för utformningen av trådlösa sensornätverk, och för utvärderingen a metoder för att undvika beacon kollision.

[EN] In recent years, advances in wireless technologies and improved sensing and computational capabilities have led to a gradual transition towards Intelligent Transportation Systems (ITS) and related applications. These applications aim at improving road safety, provide smart navigation, and eco-friendly driving. Vehicular Ad hoc Networks (VANETs) provide a communication structure for ITS by equipping cars with advanced sensors and communication devices that enable a direct exchange of information between vehicles. Different types of ITS applications rely on two types of messages: periodic beacons and event-driven messages. Beacons include information such as geographical location, speed, and acceleration, and they are only disseminated to a close neighborhood. Differently from beacons, event-driven messages are only generated when a critical event of general interest occurs, and it is spread within a specific target area for the duration of the event. The reliability of information exchange is one of the main issues for vehicularcommunications since the safety of people on the road is directly related to the effectiveness of these transmissions. A Medium Access Control (MAC) protocol must guarantee reliable beacon broadcasting within deadline bounds to all vehicles in the neighbourhood, thereby providing them timely notifications about unsafe driving conditions or other hazardous events. Moreover, infotainment and comfort applications require reliable unicast transmissions that must be taken into account. However, high node mobility, highly dynamic topology, and lack of a central control unit, are issues that make the design of a reliable MAC protocol for vehicular environments a very difficult and challenging task, especially when efficient broadcasting strategies are required. The IEEE 802.11p MAC protocol, an approved amendment to the IEEE 802.11 standard, is a random access protocol that is unable to provide guaranteed delay bounds with sufficient reliability in vehicular scenarios, especially under high channel usage. This problem is particularly serious when implementing (semi-) automated driving applications such as platooning, where inter-vehicle spacing is drastically reduced, and the control loop that manages and maintains the platoon requires frequent, timely and reliable exchange of status information (beacons). In this thesis novel protocols compatible with the IEEE 802.11 and 802.11p standards are proposed in order to optimally adjust the contention window size for unicast applications in Mobile Ad hoc Networks (MANETs) and VANETs. Experimental tests comparing our proposals to existing solutions show that the former are able to improve the packet delivery ratio and the average end-to-end delay for unicast applications. Concerning efficient message diffusion (broadcast) in VANET environments, we proposed token-based MAC solutions to improve the performance achieved by existing 802.11p driving safety applications in different vehicular environments, including highway, urban, and platooning scenarios. Experimental results show that the proposed solutions clearly outperform 802.11p when delay-bounded beacons and event notifications must be delivered. / [ES] Recientemente, los avances en las tecnologías inalámbricas y las mejoras en términos de capacidades de sensorización y computación de los dispositivos electrónicos, han dado lugar a una transición gradual hacia servicios y aplicaciones de los Sistemas Inteligentes de Transporte (ITS). Estas aplicaciones tienen como objetivo mejorar la seguridad vial, proporcionar una navegación inteligente, y promover la conducción eco-eficiente. Las redes vehiculares ad hoc (VANETs) proporcionan una infraestructura de comunicaciones para ITS al equipar los coches con sensores avanzados y dispositivos de comunicación que permiten el intercambio directo de información entre vehículos. Los diferentes tipos de aplicaciones ITS se basan en dos tipos de mensajes: mensajes periódicos conocidos como beacons y mensajes asociados a eventos. Los mensajes periódicos incluyen información relativa a la ubicación geográfica, la velocidad y la aceleración, entre otros, y sólo son distribuidos entre los vehículos vecinos. A diferencia de estos beacons, los mensajes asociados a eventos sólo se generan cuando se produce un evento crítico de interés general, el cual se propaga dentro del área de interés de dicho evento y mientras éste siga activo. La fiabilidad del intercambio de información es uno de los principales problemas para las comunicaciones vehiculares, debido principalmente a que las aplicaciones de seguridad dependen directamente de la eficacia de estas transmisiones. Un protocolo de Control de Acceso al Medio (MAC) debe garantizar la difusión fiable de información a todos los vehículos vecinos dentro de unos límites máximos de retardo, proporcionándoles las notificaciones oportunas respecto a condiciones de conducción inseguras y otros eventos peligrosos. Por otra parte, las aplicaciones de información y entretenimiento, así como las aplicaciones orientadas al confort, también requieren transmisiones fiables extremoa-extremo. Sin embargo, la alta movilidad de los vehículos, la variabilidad de la topología, así como la falta de una unidad central de control, son factores que hacen que el diseño de un protocolo MAC fiable para entornos vehiculares sea una tarea especialmente compleja, especialmente cuando son necesarias estrategias de difusión eficientes. El protocolo MAC IEEE 802.11p, una modificación ya aprobada al estándar IEEE 802.11 original para entornos de comunicación vehiculares, es un protocolo de acceso que no es capaz de garantizar unos límites de retardo con la fiabilidad necesaria para estos entornos, especialmente en escenarios de alta utilización del canal inalámbrico. Este problema es particularmente importante a la hora de implementar aplicaciones de conducción (semi-)automática, como el caso de grupos de vehículos donde la separación entre vehículos se reduce drásticamente, y el sistema de control que gestiona y mantiene el grupo requiere de un intercambio frecuente de información fiable y acotado en retardo. En esta tesis se proponen nuevos protocolos MAC compatibles con los estándares IEEE 802.11 y 802.11p basados en el ajuste del tamaño de la ventana de contención para aplicaciones unicast en rede MANETs y VANETs. Los resultados experimentales obtenidos comparando nuestras propuestas con las soluciones existentes muestran que los protocolos propuestos son capaces de mejorar la tasa de entrega de paquetes y el retardo medio extremo-a-extremo para aplicaciones unicast. En lo que respecta a la difusión eficiente de mensajes broadcast en entornos VANET, se han propuesto soluciones MAC basadas en el uso de tokens que mejoran las prestaciones de aplicaciones de conducción segura basadas en el estándar 802.11p, tanto en autopistas, zonas urbanas, y escenarios con grupos de vehículos. Los resultados experimentales muestran que las soluciones propuestas superan claramente al protocolo 802.11p cuando es necesario entregar mensajes y notificaciones de eventos con restricc / [CA] Recentment, els avan en les tecnologies sense fils i les millores en termes de capacitats de sensorització i computació dels dispositius electrònics, han donat lloc a una transició gradual cap a serveis i aplicacions dels sistemes intelligents de transport (ITS). Aquestes aplicacions tenen com a objectiu millorar la seguretat vial, proporcionar una navegació intelligent, i promoure la conducció ecoeficient. Les xarxes vehiculars ad hoc (VANET) proporcionen una infraestructura de comunicacions per a ITS, ja que equipen els cotxes amb sensors avançats i dispositius de comunicació que permeten l'intercanvi directe d'informació entre vehicles. Els diversos tipus d'aplicacions ITS es basen en dos classes de missatges: missatges periòdics coneguts com a beacons i missatges associats a esdeveniments. Els missatges periòdics inclouen informació relativa a la ubicació geogràfica, la velocitat i l'acceleració, entre uns altres, i només són distribuïts entre els vehicles veïns. A diferència d'aquests beacons, els missatges associats a esdeveniments només es generen quan es produeix un esdeveniment crític d'interès general, el qual es propaga dins de l àrea d'interès d'aquest esdeveniment i mentre aquest seguisca actiu. La fiabilitat de l'intercanvi d'informació és un dels principals problemes per a les comunicacions vehicular, principalment perquè les aplicacions de seguretat depenen directament de l'eficàcia d'aquestes transmissions. Un protocol de control d'accés al medi (MAC) ha de garantir la difusió fiable d'informació a tots els vehicles veïns dins d'uns límits màxims de retard, i proporcionar-los les notificacions oportunes respecte a condicions de conducció insegures i altres esdeveniments perillosos. D'altra banda, les aplicacions d'informació i entreteniment, com també les aplicacions orientades al confort, també requereixen transmissions fiables extrema-extrem. No obstant això, l'alta mobilitat dels vehicles, la variabilitat de la topologia, i la falta d'una unitat central de control, són factors que fan que el disseny d'un protocol MAC fiable per a entorns vehiculars siga una tasca especialment complexa, especialment quan són necessàries estratègies de difusió eficients. El protocol MAC IEEE 802.11p, una modificació ja aprovada a l'estàndard IEEE 802.11 original per a entorns de comunicació vehiculars, és un protocol d'accés que no és capa garantir uns límits de retard amb la fiabilitat necessària per a aquests entorns, especialment en escenaris d'alta utilització del canal sense fil. Aquest problema és particularment important a l'hora d'implementar aplicacions de conducció (semi)automàtica, com el cas de grups de vehicles en què la separació entre vehicles es redueix dràsticament, i el sistema de control que gestiona i manté el grup requereix un intercanvi freqüent d'informació fiable i delimitat en retard. En aquesta tesi es proposen nous protocols MAC compatibles amb els estàndards IEEE 802.11 i 802.11p basats en l'ajust de les dimensions de la finestra de contenció per a aplicacions unicast en xarxes MANET i VANET. Els resultats experimentals obtinguts comparant les nostres propostes amb les solucions existents mostren que els protocols proposats són capa de millorar la taxa de lliurament de paquets i el retard mitjà extrem-a-extrem per a aplicacions unicast. Pel que fa a la difusió eficient de missatges broadcast en entorns VANET, s'han proposat solucions MAC basades en l'ús de tokens que milloren les prestacions d'aplicacions de conducció segura basades en l'estàndard 802.11p, tant en autopistes, zones urbanes, i escenaris amb grups de vehicles. Els resultats experimentals mostren que les solucions proposades superen clarament el protocol 802.11p quan cal lliurar missatges i notificacions d'esdeveniments amb restriccions de latència. / Balador, A. (2016). Design and Evaluation of Efficient Medium Access Control Solutions for Vehicular Environments [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/64073