Estimar com acurácia a vida útil de um pavimento é um dos maiores desafios que enfrentam os engenheiros rodoviários. Recentemente uma nova ferramenta tem sido utilizada para estimar de forma mais realista o desempenho de pavimentos; trata-se dos simuladores de tráfego. Neste contexto, esta dissertação apresenta um estudo do comportamento de um pavimento flexível típico da Região Sul do Brasil, submetido a ensaios acelerados com um simulador de tráfego linear móvel (semelhante ao HVS da República Sul-Africana). O pavimento encontra-se na rodovia BR-290, uma das principais vias do Rio Grande do Sul, que está desde 1997 sob concessão à iniciativa privada. De maio a outubro de 2007 duas seções testes com idêntica estrutura de pavimento, construídas em outubro de 2004, foram solicitadas pelo simulador de tráfego. A primeira seção teste, situada na faixa externa da pista, tinha sido solicitada pelo tráfego real (com elevada concentração de veículos de carga), estimando-se que, desde a construção até o início dos ensaios acelerados, recebera aproximadamente 4,0 x106 operações equivalentes do eixo padrão (eixo simples com rodas duplas com carga igual a 8,2 tf), calculadas empregando-se os fatores de equivalência de carga da AASHTO (NAASHTO). A outra seção teste, por estar situada no acostamento da rodovia, praticamente não tinha sido previamente solicitada pelo tráfego. O simulador de tráfego aplicou a essas seções testes, respectivamente, 170 mil e 255 mil ciclos de carga de um semi-eixo simples de rodas duplas de 8 tf (equivalente a carga de eixo de 16 tf). Para acompanhar o comportamento do pavimento, mediram-se, ao longo dos períodos de ensaio, deflexões e afundamentos nas trilhas de rodas. Trincas foram medidas e mapeadas, calculando-se um índice de densidade de trincamento. Dados de temperatura e precipitação pluviométrica também foram obtidos. As medidas de campo evidenciaram uma significativa aceleração na degradação do pavimento quando submetido à ação do simulador. Com os ensaios acelerados concluídos, amostras das camadas asfálticas das duas seções testes foram extraídas, determinando-se em laboratório valores de resistência à tração, módulo de resiliência (com diferentes tempos de carga) e curvas de fadiga. Desse modo, foi possível estimar a tendência de desempenho do pavimento desde a sua construção até o término de sua vida de serviço, comparando-se a ação do simulador com a do tráfego real. Na análise foram considerados os efeitos da velocidade (baixa) do carregamento imposto pelo simulador de tráfego nos módulos de deformabilidade do ligante asfáltico e da mistura asfáltica. Também foi avaliado o efeito acelerador na degradação do pavimento, decorrente das elevadas tensões geradas pela carga de eixo do simulador, muito superior às correspondentes a veículos comerciais. Assim, estimou-se que um ciclo de carga (carga de eixo de 16 tf) do simulador móvel, aplicado à velocidade de 8 km/h, corresponde à passagem de 30 a 40 eixos padrão, na velocidade do tráfego real, e que a vida de serviço do pavimento analisado é de aproximadamente 8,2 x106 eixos padrão (NAASHTO). / The accurate prediction of pavements lives is one of the most difficult challenges that Pavement Engineers face. Traffic simulators have been recently used as a new tool to improve the prediction of pavements performances: In this context, this MSc Thesis presents a study on the behavior of an asphalt pavement with structure typical of those built in Southern Brazil, submitted to accelerated testing by a mobile traffic simulator (similar to the South African HVS). The pavement is on BR-290, one of the most important highways in Rio do Grande do Sul (Brazil southernmost state); a toll-road since 1997. From May to October 2007, two test sections with identical structures, built in 2004, were loaded by the traffic simulator. The first section was in one of the outer lanes of the highway and before the beginning of accelerated tests had been trafficked by some 4 million ESALs (82 kN equivalent single axle loads). The other test section, since was on one of the highway shoulders, had practically received no traffic. The traffic simulator applied 170,000 and 255,000 repetitions of 160-kN axle load to those test sections, respectively. In order to follow pavement performance along the traffic periods, deflections and rut depths were measured. Cracks were mapped as soon as they appeared and a Cracking Density Index was computed. Air temperature and rainfall data were also stored. Field measurements displayed a remarkably acceleration in pavements distress due to the traffic simulator action. After accelerated testing ending, asphalt mixes specimens were cored and tested to tensile strength and resilient modulus. Fatigue curves were also obtained through laboratory testing. Accelerated testing, complemented by laboratory results, allowed estimating a tendency for pavement performance, from construction to the end of its service live, and comparing the action of the traffic simulator to that of real traffic. The effects of the low loading speed of the traffic simulator on the asphalt binder and asphalt mixture resilient modulus were evaluated; as well as the acceleration of pavements distress due to high stresses generated by the traffic simulator axle load, that largely exceeds those applied by commercial vehicles. Thus, it was estimated that a loading cycle (160-kN axle load) of the traffic simulator, applied at 8 km/h, would cause the same distress than 30 to 40 ESALs applied at commercial speed. It was also concluded that the service life of the analyzed pavement structure was approximately 8.2 million ESALs.

Estimar com acurácia a vida útil de um pavimento é um dos maiores desafios que enfrentam os engenheiros rodoviários. Recentemente uma nova ferramenta tem sido utilizada para estimar de forma mais realista o desempenho de pavimentos; trata-se dos simuladores de tráfego. Neste contexto, esta dissertação apresenta um estudo do comportamento de um pavimento flexível típico da Região Sul do Brasil, submetido a ensaios acelerados com um simulador de tráfego linear móvel (semelhante ao HVS da República Sul-Africana). O pavimento encontra-se na rodovia BR-290, uma das principais vias do Rio Grande do Sul, que está desde 1997 sob concessão à iniciativa privada. De maio a outubro de 2007 duas seções testes com idêntica estrutura de pavimento, construídas em outubro de 2004, foram solicitadas pelo simulador de tráfego. A primeira seção teste, situada na faixa externa da pista, tinha sido solicitada pelo tráfego real (com elevada concentração de veículos de carga), estimando-se que, desde a construção até o início dos ensaios acelerados, recebera aproximadamente 4,0 x106 operações equivalentes do eixo padrão (eixo simples com rodas duplas com carga igual a 8,2 tf), calculadas empregando-se os fatores de equivalência de carga da AASHTO (NAASHTO). A outra seção teste, por estar situada no acostamento da rodovia, praticamente não tinha sido previamente solicitada pelo tráfego. O simulador de tráfego aplicou a essas seções testes, respectivamente, 170 mil e 255 mil ciclos de carga de um semi-eixo simples de rodas duplas de 8 tf (equivalente a carga de eixo de 16 tf). Para acompanhar o comportamento do pavimento, mediram-se, ao longo dos períodos de ensaio, deflexões e afundamentos nas trilhas de rodas. Trincas foram medidas e mapeadas, calculando-se um índice de densidade de trincamento. Dados de temperatura e precipitação pluviométrica também foram obtidos. As medidas de campo evidenciaram uma significativa aceleração na degradação do pavimento quando submetido à ação do simulador. Com os ensaios acelerados concluídos, amostras das camadas asfálticas das duas seções testes foram extraídas, determinando-se em laboratório valores de resistência à tração, módulo de resiliência (com diferentes tempos de carga) e curvas de fadiga. Desse modo, foi possível estimar a tendência de desempenho do pavimento desde a sua construção até o término de sua vida de serviço, comparando-se a ação do simulador com a do tráfego real. Na análise foram considerados os efeitos da velocidade (baixa) do carregamento imposto pelo simulador de tráfego nos módulos de deformabilidade do ligante asfáltico e da mistura asfáltica. Também foi avaliado o efeito acelerador na degradação do pavimento, decorrente das elevadas tensões geradas pela carga de eixo do simulador, muito superior às correspondentes a veículos comerciais. Assim, estimou-se que um ciclo de carga (carga de eixo de 16 tf) do simulador móvel, aplicado à velocidade de 8 km/h, corresponde à passagem de 30 a 40 eixos padrão, na velocidade do tráfego real, e que a vida de serviço do pavimento analisado é de aproximadamente 8,2 x106 eixos padrão (NAASHTO). / The accurate prediction of pavements lives is one of the most difficult challenges that Pavement Engineers face. Traffic simulators have been recently used as a new tool to improve the prediction of pavements performances: In this context, this MSc Thesis presents a study on the behavior of an asphalt pavement with structure typical of those built in Southern Brazil, submitted to accelerated testing by a mobile traffic simulator (similar to the South African HVS). The pavement is on BR-290, one of the most important highways in Rio do Grande do Sul (Brazil southernmost state); a toll-road since 1997. From May to October 2007, two test sections with identical structures, built in 2004, were loaded by the traffic simulator. The first section was in one of the outer lanes of the highway and before the beginning of accelerated tests had been trafficked by some 4 million ESALs (82 kN equivalent single axle loads). The other test section, since was on one of the highway shoulders, had practically received no traffic. The traffic simulator applied 170,000 and 255,000 repetitions of 160-kN axle load to those test sections, respectively. In order to follow pavement performance along the traffic periods, deflections and rut depths were measured. Cracks were mapped as soon as they appeared and a Cracking Density Index was computed. Air temperature and rainfall data were also stored. Field measurements displayed a remarkably acceleration in pavements distress due to the traffic simulator action. After accelerated testing ending, asphalt mixes specimens were cored and tested to tensile strength and resilient modulus. Fatigue curves were also obtained through laboratory testing. Accelerated testing, complemented by laboratory results, allowed estimating a tendency for pavement performance, from construction to the end of its service live, and comparing the action of the traffic simulator to that of real traffic. The effects of the low loading speed of the traffic simulator on the asphalt binder and asphalt mixture resilient modulus were evaluated; as well as the acceleration of pavements distress due to high stresses generated by the traffic simulator axle load, that largely exceeds those applied by commercial vehicles. Thus, it was estimated that a loading cycle (160-kN axle load) of the traffic simulator, applied at 8 km/h, would cause the same distress than 30 to 40 ESALs applied at commercial speed. It was also concluded that the service life of the analyzed pavement structure was approximately 8.2 million ESALs.

Estimar com acurácia a vida útil de um pavimento é um dos maiores desafios que enfrentam os engenheiros rodoviários. Recentemente uma nova ferramenta tem sido utilizada para estimar de forma mais realista o desempenho de pavimentos; trata-se dos simuladores de tráfego. Neste contexto, esta dissertação apresenta um estudo do comportamento de um pavimento flexível típico da Região Sul do Brasil, submetido a ensaios acelerados com um simulador de tráfego linear móvel (semelhante ao HVS da República Sul-Africana). O pavimento encontra-se na rodovia BR-290, uma das principais vias do Rio Grande do Sul, que está desde 1997 sob concessão à iniciativa privada. De maio a outubro de 2007 duas seções testes com idêntica estrutura de pavimento, construídas em outubro de 2004, foram solicitadas pelo simulador de tráfego. A primeira seção teste, situada na faixa externa da pista, tinha sido solicitada pelo tráfego real (com elevada concentração de veículos de carga), estimando-se que, desde a construção até o início dos ensaios acelerados, recebera aproximadamente 4,0 x106 operações equivalentes do eixo padrão (eixo simples com rodas duplas com carga igual a 8,2 tf), calculadas empregando-se os fatores de equivalência de carga da AASHTO (NAASHTO). A outra seção teste, por estar situada no acostamento da rodovia, praticamente não tinha sido previamente solicitada pelo tráfego. O simulador de tráfego aplicou a essas seções testes, respectivamente, 170 mil e 255 mil ciclos de carga de um semi-eixo simples de rodas duplas de 8 tf (equivalente a carga de eixo de 16 tf). Para acompanhar o comportamento do pavimento, mediram-se, ao longo dos períodos de ensaio, deflexões e afundamentos nas trilhas de rodas. Trincas foram medidas e mapeadas, calculando-se um índice de densidade de trincamento. Dados de temperatura e precipitação pluviométrica também foram obtidos. As medidas de campo evidenciaram uma significativa aceleração na degradação do pavimento quando submetido à ação do simulador. Com os ensaios acelerados concluídos, amostras das camadas asfálticas das duas seções testes foram extraídas, determinando-se em laboratório valores de resistência à tração, módulo de resiliência (com diferentes tempos de carga) e curvas de fadiga. Desse modo, foi possível estimar a tendência de desempenho do pavimento desde a sua construção até o término de sua vida de serviço, comparando-se a ação do simulador com a do tráfego real. Na análise foram considerados os efeitos da velocidade (baixa) do carregamento imposto pelo simulador de tráfego nos módulos de deformabilidade do ligante asfáltico e da mistura asfáltica. Também foi avaliado o efeito acelerador na degradação do pavimento, decorrente das elevadas tensões geradas pela carga de eixo do simulador, muito superior às correspondentes a veículos comerciais. Assim, estimou-se que um ciclo de carga (carga de eixo de 16 tf) do simulador móvel, aplicado à velocidade de 8 km/h, corresponde à passagem de 30 a 40 eixos padrão, na velocidade do tráfego real, e que a vida de serviço do pavimento analisado é de aproximadamente 8,2 x106 eixos padrão (NAASHTO). / The accurate prediction of pavements lives is one of the most difficult challenges that Pavement Engineers face. Traffic simulators have been recently used as a new tool to improve the prediction of pavements performances: In this context, this MSc Thesis presents a study on the behavior of an asphalt pavement with structure typical of those built in Southern Brazil, submitted to accelerated testing by a mobile traffic simulator (similar to the South African HVS). The pavement is on BR-290, one of the most important highways in Rio do Grande do Sul (Brazil southernmost state); a toll-road since 1997. From May to October 2007, two test sections with identical structures, built in 2004, were loaded by the traffic simulator. The first section was in one of the outer lanes of the highway and before the beginning of accelerated tests had been trafficked by some 4 million ESALs (82 kN equivalent single axle loads). The other test section, since was on one of the highway shoulders, had practically received no traffic. The traffic simulator applied 170,000 and 255,000 repetitions of 160-kN axle load to those test sections, respectively. In order to follow pavement performance along the traffic periods, deflections and rut depths were measured. Cracks were mapped as soon as they appeared and a Cracking Density Index was computed. Air temperature and rainfall data were also stored. Field measurements displayed a remarkably acceleration in pavements distress due to the traffic simulator action. After accelerated testing ending, asphalt mixes specimens were cored and tested to tensile strength and resilient modulus. Fatigue curves were also obtained through laboratory testing. Accelerated testing, complemented by laboratory results, allowed estimating a tendency for pavement performance, from construction to the end of its service live, and comparing the action of the traffic simulator to that of real traffic. The effects of the low loading speed of the traffic simulator on the asphalt binder and asphalt mixture resilient modulus were evaluated; as well as the acceleration of pavements distress due to high stresses generated by the traffic simulator axle load, that largely exceeds those applied by commercial vehicles. Thus, it was estimated that a loading cycle (160-kN axle load) of the traffic simulator, applied at 8 km/h, would cause the same distress than 30 to 40 ESALs applied at commercial speed. It was also concluded that the service life of the analyzed pavement structure was approximately 8.2 million ESALs.

Wide area cellular mobile networks have rapidly evolved over the years. In the beginning achieving wide area coverage was a great achievement – enabling subscribers to call from wherever they were currently located and whenever they wanted. Additionally these systems supported mobility of subscribers, so that calls could continue even while a subscriber moved from one cell to another. Today mobility management is something everyone takes for granted. New functionality is continuously being developed for these networks. An important aspect of this evolution has been to enable new applications and technologies to be introduced while maintaining interoperability with the existing technologies. These mobile networks use new technologies and enable new applications, but they interconnect with existing networks that utilize earlier technologies, such as the existing fixed telephone network. These interconnections enable communication between subscribers connected via all of these networks. In today’s mobile networks there are a variety of technologies working side by side, for example 2G, GPRS, 3G, and so on. The earlier networks used circuit switching technology, but the trend in later networks was to transition exclusively to packet switching. One of the most important network entities is the mobile switch center (MSC). In the earlier circuit switched networks the MSC is the heart of the circuit switching network. The MSC is responsible for management, control, and communication to and from the mobile stations (MSs) in the area managed by the MSC. The MSC stores information about each of the MSs in one or more databases. In the subscriber’s home network the information about their subscription is stored in a home location register (HLR), while when this subscriber is in another network information is stored in a visitor location register (VLR). The MSC together with other elements of the core network handles mobility management, enabling both handover and roaming. A gateway MSC enables MSs to communicate with phones connected to the fixed network. The aim of this thesis is to analyze the traffic situation for Kulyab region in order to configure and install the MSC in Kulyab. For the time being there is no radio network controller (RNC) in Kulyab region, so the MSC in Kulyab will be configured to support 2G traffic. The configuration will be based on the expected mobile traffic load in the Kulyab region, thus the first steps in the process were to collect and analyze data about the existing traffic in this region that is currently served by a MSC located outside of this region. The configuration of the new MSC will be based on this analysis. After installing and configuring the new MSC some question need to be answered, namely: Can the MSC in Kulyab support all the base stations in Kulyab region? If not, how many base stations can it support? To what extent does the addition of this new MSC improve the overall network in terms of increased reliability, capacity, and throughput? How much will the capacity of the existing MSC, that is responsible for traffic outside Dushanbe, be increased due to the introduction of the new MSC? / Den mobila täckningen har utvecklats snabbt under åren. Att uppnå den mobila täckningen var i början en stor prestation – att kunna erbjuda telefontjänster för abonnenterna var än de befann sig och när de ville. Förutom detta så stödde detta system också fri rörlighet för abonnenterna. Under ett samtal kunde de förflytta sig från en cell till ett annan utan att samtalet bröts. Nu är mobilitetshanteringen någonting självklart. Nya funktioner utvecklas ständigt för dessa nätverk. En viktig aspekt för utvecklingen är att möjliggöra så att nya applikationer och teknologier kan introduceras och fortfarande vara kompatibla med de existerande teknikerna. Dessa mobilnätverk använder nya tekniker och möjliggör nya applikationer som är kompatibla med det existerande nätverket. Det existerande nätverket använder sig av tidigare teknologier, så som den fasta telefonnätet. Detta möjliggör kommunikation mellan abonnenterna från olika nätverk. I dagens nätverk finns det ett antal olika nätverk, som t.ex. 2G, GPRS, 3G och så vidare. Det tidigare nätverket använde sig av kretskopplad teknik, men trenden är attuteslutande använda sig av paketkopplad teknik. En av de viktigaste nätverksenheterna är ”Mobile switch center” (MSC). I de tidigare kretskopplade nätverket är MSC hjärtat i det kretskopplade nätverket. MSC är ansvarig för hanteringen, kontrollen och kommunikation till och från demobila enheterna (MS) i området som kontrolleras av MSCn. MSC lagrar information om var och en av MS i ett eller flera databaser. I abonnentens hemnätverk finns information om abonnentens abonnemang i ett hemregister (HLR). När abonnenten befinner sig i ett annat nätverk lagras informationen i ett gästregister (VLR). MSC hanterar mobilitet tillsammans med andra nätverksenheter i ”Core network” (CN) och möjliggör överlämnande (handover) och roaming. ”Gateway MSC” GMSC möjliggör kommunikation mellan MS och det fasta nätverket. Syftet med examensarbetet är att analysera trafiken för Kulyab-regionen för att konfigurera och installera en MSC i Kulyab. För tillfället finns ingen ”Radio network controller” (RNC) i regionen Kulyab, så MSCn i Kulyab kommer att konfigureras för att stödja 2G trafik. Konfigurationen baseras på den förväntade belastningen av mobiltrafiken i Kulyab-regionen, följaktligen är det första steget i processen att samla ihop och analysera information om den existerande trafiken i Kulyab-regionen. Trafiken tillhörande Kulyab-regionen handskas för närvarande av en MSC som befinner sig utanför detta område. Konfigurationen av den nya MSCn kommer att baseras på denna analys. Efter installationen och konfigurationen av den nya MSCn kommer följande frågor att bli besvarade, nämligen: Kan MSCn i Kulyab stödja alla basstationerna i Kulyab regionen? Om inte, hur många basstationer kan MSCn stödja? Till vilken grad kommer den nya MSCn att förbättra nätverket i termer av ökad tillförlitlighet, kapacitet och trafikgenomströmning? Hur mycket kommer kapacitetsökningen för den existerande MSC utanför Dushanbe att öka då MSC i Kulyab installeras?

The resources of mobile networks are expensive and limited, and as demand for mobile data continues to grow, improved resource utilisation is a prioritised issue. Traffic demand at base stations (BSs) vary throughout the day and week, but the capacity remains constant and utilisation could be significantly improved based on precise, robust, and efficient forecasting. This degree project proposes a fully attention- based Transformer model for traffic prediction at mobile network BSs. Similar approaches have shown to be extremely successful in other domains but there seems to be no previous work where a model fully based on the Transformer is applied to predict mobile traffic. The proposed model is evaluated in terms of prediction performance and required time for training by comparison to a recurrent long short- term memory (LSTM) network. The implemented attention- based approach consists of stacked layers of multi- head attention combined with simple feedforward neural network layers. It thus lacks recurrence and was expected to train faster than the LSTM network. Results show that the Transformer model is outperformed by the LSTM in terms of prediction error in all performed experiments when compared after training for an equal number of epochs. The results also show that the Transformer trains roughly twice as fast as the LSTM, and when compared on equal premises in terms of training time, the Transformer predicts with a lower error rate than the LSTM in three out of four evaluated cases. / Efterfrågan av mobildata ökar ständigt och resurserna vid mobila nätverk är både dyra och begränsade. Samtidigt bestäms basstationers kapacitet utifrån hur hög efterfrågan av deras tjänster är när den är som högst, vilket leder till låg utnyttjandegrad av basstationernas resurser när efterfrågan är låg. Genom robust, träffsäker och effektiv prediktion av mobiltrafik kan en lösning där kapaciteten istället följer efterfrågan möjliggöras, vilket skulle minska överflödig resursförbrukning vid låg efterfrågan utan att kompromissa med behovet av hög kapacitet vid hög efterfrågan. Den här studien föreslår en transformermetod, helt baserad på attentionmekanismen, för att prediktera trafik vid basstationer i mobila nätverk. Liknande metoder har visat sig extremt framgångsrika inom andra områden men transformers utan stöd från andra komplexa strukturer tycks vara obeprövade för prediktion av mobiltrafik. För att utvärderas jämförs metoden med ett neuralt nätverk, innefattande noder av typen long short- term memory (LSTM). Jämförelsen genomförs med avseende på träningstid och felprocent vid prediktioner. Transformermodellen består av flera attentionlager staplade i kombination med vanliga feed- forward- lager och den förväntades träna snabbare än LSTM- modellen. Studiens resultat visar att transformermodellen förutspår mobiltrafiken med högre felprocent än LSTM- nätverket när de jämförs efter lika många epoker av träning. Transformermodellen tränas dock knappt dubbelt så snabbt och när modellerna jämförs på lika grunder vad gäller träningstid presterar transformermodellen bättre än LSTM- modellen i tre av fyra utvärderade fall.

Research on network traffic measurement is becoming popular because it could find the reason and valuable information regarding the occurrence of timestamp accuracy error. In this thesis the performance of UDP traffic between application level and link level has been investigated on three different Smartphone operating systems. One Java ME traffic generator and sink was developed for this thesis work. Distributed Passive Measurement Infrastructure with Measurement Point was used for the experiment. To get high timestamp accuracy DAG 3.5E card was used which was synchronized with GPS. Through the different tests under different protocol layers, it can be concluded that the Android mobile performs better as Java ME application works like a native application, whereas Symbian and Windows mobile struggles with incompatible implementation for poor JVM support. Time stamping at link level is more accurate and far different from application level. This thesis also investigated the performance evaluation of different JVM for Windows mobile.

En la actualidad, la Internet de las Cosas (Internet of Things, IoT) es una tecnología esencial para la próxima generación de sistemas inalámbricos. La conectividad es la base de IoT, y el tipo de acceso requerido dependerá de la naturaleza de la aplicación. Uno de los principales facilitadores del entorno IoT es la comunicación machine-to-machine (M2M) y, en particular, su enorme potencial para ofrecer conectividad ubicua entre dispositivos inteligentes. Las redes celulares son la elección natural para las aplicaciones emergentes de IoT y M2M. Un desafío importante en las redes celulares es conseguir que la red sea capaz de manejar escenarios de acceso masivo en los que numerosos dispositivos utilizan comunicaciones M2M. Por otro lado, los sistemas celulares han experimentado un tremendo desarrollo en las últimas décadas: incorporan tecnología sofisticada y nuevos algoritmos para ofrecer una amplia gama de servicios. El modelado y análisis del rendimiento de estas redes multiservicio es también una tarea desafiante que podría requerir un gran esfuerzo computacional. Para abordar los desafíos anteriores, nos centramos en primer lugar en el diseño y la evaluación de las prestaciones de nuevos mecanismos de control de acceso para hacer frente a las comunicaciones masivas M2M en redes celulares. Posteriormente nos ocupamos de la evaluación de prestaciones de redes multiservicio y proponemos una nueva técnica analítica que ofrece precisión y eficiencia computacional. Nuestro principal objetivo es proporcionar soluciones para aliviar la congestión en la red de acceso radio cuando un gran número de dispositivos M2M intentan conectarse a la red. Consideramos los siguientes tipos de escenarios: (i) los dispositivos M2M se conectan directamente a las estaciones base celulares, y (ii) forman grupos y los datos se envían a concentradores de tráfico (gateways) que les proporcionan acceso a la infraestructura. En el primer escenario, dado que el número de dispositivos añadidos a la red aumenta continuamente, esta debería ser capaz de manejar el considerable incremento en las solicitudes de acceso. El 3rd Generation Partnership Project (3GPP) ha propuesto el access class barring (ACB) como una solución práctica para el control de congestión en la red de acceso radio y la red troncal. El ajuste correcto de los parámetros de ACB de acuerdo con la intensidad del tráfico es crítico, pero cómo hacerlo de forma dinámica y autónoma es un problema complejo cuya solución no está recogida en las especificaciones del 3GPP. Esta tesis doctoral contribuye al análisis del rendimiento y al diseño de nuevos algoritmos que implementen efectivamente este mecanismo, y así superar los desafíos introducidos por las comunicaciones masivas M2M. En el segundo escenario, dado que la heterogeneidad de los dispositivos IoT y las arquitecturas celulares basadas en hardware imponen desafíos aún mayores para permitir una comunicación flexible y eficiente en los sistemas inalámbricos 5G, esta tesis doctoral también contribuye al diseño de software-defined gateways (SD-GWs) en una nueva arquitectura propuesta para redes inalámbricas definidas por software que se denomina SoftAir. Esto permite manejar tanto un gran número de dispositivos como el volumen de datos que estarán vertiendo en la red. Otra contribución de esta tesis doctoral es la propuesta de una técnica novedosa para el análisis de prestaciones de redes multiservicio de alta capacidad que se basa en un nuevo enfoque del modelizado analítico de sistemas que operan a diferentes escalas temporales. Este enfoque utiliza el análisis del transitorio de una serie de subcadenas absorbentes y lo denominamos absorbing Markov chain approximation (AMCA). Nuestros resultados muestran que para un coste computacional dado, AMCA calcula los parámetros de prestaciones habituales de un sistema con mayor precisión, en comparación con los resultados obtenidos por otr / Nowadays, Internet of Things (IoT) is an essential technology for the upcoming generation of wireless systems. Connectivity is the foundation for IoT, and the type of access required will depend on the nature of the application. One of the leading facilitators of the IoT environment is machine-to-machine (M2M) communication, and particularly, its tremendous potential to offer ubiquitous connectivity among intelligent devices. Cellular networks are the natural choice for emerging IoT and M2M applications. A major challenge in cellular networks is to make the network capable of handling massive access scenarios in which myriad devices deploy M2M communications. On the other hand, cellular systems have seen a tremendous development in recent decades; they incorporate sophisticated technology and algorithms to offer a broad range of services. The modeling and performance analysis of these large multi-service networks is also a challenging task that might require high computational effort. To address the above challenges, we first concentrate on the design and performance evaluation of novel access control schemes to deal with massive M2M communications. Then, we focus on the performance evaluation of large multi-service networks and propose a novel analytical technique that features accuracy and computational efficiency. Our main objective is to provide solutions to ease the congestion in the radio access or core network when massive M2M devices try to connect to the network. We consider the following two types of scenarios: (i) massive M2M devices connect directly to cellular base stations, and (ii) they form clusters and the data is forwarded to gateways that provide them with access to the infrastructure. In the first scenario, as the number of devices added to the network is constantly increasing, the network should handle the considerable increment in access requests. Access class barring (ACB) is proposed by the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) as a practical congestion control solution in the radio access and core network. The proper tuning of the ACB parameters according to the traffic intensity is critical, but how to do so dynamically and autonomously is a challenging task that has not been specified. Thus, this dissertation contributes to the performance analysis and optimal design of novel algorithms to implement effectively this barring scheme and overcome the challenges introduced by massive M2M communications. In the second scenario, since the heterogeneity of IoT devices and the hardware-based cellular architectures impose even greater challenges to enable flexible and efficient communication in 5G wireless systems, this dissertation also contributes to the design of software-defined gateways (SD-GWs) in a new architecture proposed for wireless software-defined networks called SoftAir. The deployment of these SD-GWs represents an alternative solution aiming at handling both a vast number of devices and the volume of data they will be pouring into the network. Another contribution of this dissertation is to propose a novel technique for the performance analysis of large multi-service networks. The underlying complexity of the network, particularly concerning its size and the ample range of configuration options, makes the solution of the analytical models computationally costly. However, a typical characteristic of these networks is that they support multiple types of traffic flows operating at different time-scales. This time-scale separation can be exploited to reduce considerably the computational cost associated to determine the key performance indicators. Thus, we propose a novel analytical modeling approach based on the transient regime analysis, that we name absorbing Markov chain approximation (AMCA). For a given computational cost, AMCA finds common performance indicators with greater accuracy, when compared to the results obtained by other approximate methods proposed in the literature. / En l'actualitat, la Internet de les Coses (Internet of Things, IoT) és una tecnologia essencial per a la propera generació de sistemes sense fil. La connectivitat és la base d'IoT, i el tipus d'accés requerit dependrà de la naturalesa de l'aplicació. Un dels principals facilitadors de l'entorn IoT és la comunicació machine-to-machine (M2M) i, en particular, el seu enorme potencial per oferir connectivitat ubiqua entre dispositius intel · ligents. Les xarxes mòbils són l'elecció natural per a les aplicacions emergents de IoT i M2M. Un desafiament important en les xarxes mòbils que actualment está rebent molta atenció és aconseguir que la xarxa siga capaç de gestionar escenaris d'accés massiu en què una gran quantitat de dispositius utilitzen comunicacions M2M. D'altra banda, els sistemes mòbils han experimentat un gran desenvolupament en les últimes dècades: incorporen tecnologia sofisticada i nous algoritmes per oferir una àmplia gamma de serveis. El modelatge i análisi del rendiment d'aquestes xarxes multiservei és també un desafiament important que podria requerir un gran esforç computacional. Per abordar els desafiaments anteriors, en aquesta tesi doctoral ens centrem en primer lloc en el disseny i l'avaluació de les prestacions de nous mecanismes de control d'accés per fer front a les comunicacions massives M2M en xarxes cel · lulars. Posteriorment ens ocupem de l'avaluació de prestacions de xarxes multiservei i proposem una nova tècnica analítica que ofereix precisió i eficiència computacional. El nostre principal objectiu és proporcionar solucions per a alleujar la congestió a la xarxa d'accés ràdio quan un gran nombre de dispositius M2M intenten connectar-se a la xarxa. Considerem els dos tipus d'escenaris següents: (i) els dispositius M2M es connecten directament a les estacions base cel · lulars, i (ii) formen grups i les dades s'envien a concentradors de trànsit (gateways) que els proporcionen accés a la infraestructura. En el primer escenari, atès que el nombre de dispositius afegits a la xarxa augmenta contínuament, aquesta hauria de ser capaç de gestionar el considerable increment en les sol · licituds d'accés. El 3rd Generation Partnership Project (3GPP) ha proposat l'access class barring (ACB) com una solució pràctica per al control de congestió a la xarxa d'accès ràdio i la xarxa troncal. L'ajust correcte dels paràmetres d'ACB d'acord amb la intensitat del trànsit és crític, però com fer-ho de forma dinàmica i autònoma és un problema complex, la solució del qual no està recollida en les especificacions del 3GPP. Aquesta tesi doctoral contribueix a l'anàlisi del rendiment i al disseny de nous algoritmes que implementen efectivament aquest mecanisme, i així superar els desafiaments introduïts per les comunicacions massives M2M en les xarxes mòbils actuals i futures. En el segon escenari, atès que l'heterogeneïtat dels dispositius IoT i les arquitectures cel · lulars basades en hardware imposen desafiaments encara més grans per permetre una comunicació flexible i eficient en els sistemes sense fil 5G, aquesta tesi doctoral també contribueix al disseny de software-defined gateways (SD-GWS) en una nova arquitectura proposada per a xarxes sense fils definides per programari que s'anomena SoftAir. Això permet gestionar tant un gran nombre de dispositius com el volum de dades que estaran abocant a la xarxa. Una altra contribució d'aquesta tesi doctoral és la proposta d'una tècnica innovadora per a l'anàlisi de prestacions de xarxes multiservei d'alta capacitat que es basa en un nou enfocament del modelitzat analític de sistemes que operen a diferents escales temporals. Aquest enfocament utilitza l'anàlisi del transitori d'una sèrie de subcadenes absorbents i l'anomenem absorbing Markov chain Approximation (AMCA). Els nostres resultats mostren que per a un cost computacional donat, AMCA calcula els paràmetres de prestacions habituals d / Tello Oquendo, LP. (2018). Design and Performance Analysis of Access Control Mechanisms for Massive Machine-to-Machine Communications in Wireless Cellular Networks [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/107946