Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2016-11-01T15:35:45Z No. of bitstreams: 1 Clebio Dossa_.pdf: 1252617 bytes, checksum: 784b95c29ee09e2a922686b26cb7aa51 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-01T15:35:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Clebio Dossa_.pdf: 1252617 bytes, checksum: 784b95c29ee09e2a922686b26cb7aa51 (MD5) Previous issue date: 2016-08-18 / Nenhuma / Atualmente, muitos serviços distribuem a carga entre diversos nós computacionais direcionando as conexões com alguma estratégia de balanceamento para divisão da carga. O advento do uso de redes definidas por software (SDN) está mudando paradigmas da administração de redes, absorvendo serviços especializados, automatizando processos e gerando inteligência para regras estáticas com uma grande variedade de opções de implementação. O balanceamento de carga é um dos serviços especializados que pode usufruir dos conceitos de SDN, sem definições e processos estáticos como ocorre muitas vezes nos atuais modelos usados de balanceamento de carga. A definição dos protocolos que suportam SDN usualmente permitem soluções alternativas e eficientes para este problema, desta forma, neste trabalho, é apresentada uma proposta de metodologia para balanceamento de carga entre distintos servidores de um pool com a troca do destino de tráfego realizada pela rede. Esta solução é chamada Core-based load balance (CoreLB), pois o serviço especializado de balanceamento de carga é realizado pela rede onde a administração de pacotes é nativamente realizada. A metodologia faz uso do protocolo SNMP para análise de recursos dos servidores com o objetivo de avaliar a situação de carga de cada nó computacional e de estatísticas de consumo de rede através do protocolo OpenFlow. Este trabalho avaliou o balanceamento de carga em serviços Web e a união de estatísticas de rede e da carga dos servidores, para a tomada de decisão de balanceamento, mostra-se uma metodologia eficiente e com melhores tempos de resposta ao usuário comparado com outras metodologias de avaliadas. Também melhorou a distribuição de consumo de recursos entre os servidores. / Currently, most services balance the load between distinct hosts forwarding connections with a load balance strategy in front. Usually, a dedicated appliance is responsible to performthe balance and may be a fault point and become expensive. The new concepts of computer network architecture with Software-Defined Networking (SND) are changing the network management, absorving specialist services, automating process and building intelligence to statics rules with loads of delivery options. The load balance is a specialized service that can enjoy in a positive way of SDN concepts, with low costs, in a flexible way as per the process needs instead of a plastered process definitions that occurs in many actual models. The OpenFlow protocol definition allow us to use a new solution to address this issue. This work shows a load balance purpose between distinct hosts with the destination change of connections made by the network core. It calls Core-based load balance (CoreLB) because the specialized load balance service move to the network core where the package forwarding is naturally made. This solution intend to use the SNMP protocol to analyse the hosts resources to evaluate server’s load. Using the network forwarding statistics and OS load informations, an efficient solution of load balance, the metodology proved to be efficient with better users’ response times average of 19% than no balanced scenario as well as around 9% better than others load balance strategies and a properly balance consumption of resources from hosts side. This process can be inhered in distinct models, however, this research intend to evaluate Web Services.

O presente trabalho aborda a aplicação de códigos fontanais em redes subaquáticas. Tais redes transmitem dados abaixo da água fazendo uso de sinais acústicos e possuem diversas aplicações. No entanto, é sabido que esse tipo de rede é caracterizado por uma baixa velocidade de propagação e largura de banda menor que as redes que operam em meios de transmissão mais conhecidos, tais como a transmissão sem fio via ondas de rádio frequência, resultando num maior atraso na entrega de pacotes. Para tentar minimizar estes atrasos e aumentar a eficiência energética das redes subaquáticas, o trabalho otimizou o sistema de transmissão inserindo um código corretor de erros fontanal no transmissor de mensagens. Dentro desse contexto, foi necessário modelar o consumo energético necessário para a transmissão correta de pacotes de dados em redes subaquáticas utilizando códigos fontanais. Dentre os resultados do trabalho, o mais relevante conclui que o uso dos códigos fontanais é capaz de reduzir em até 30% o consumo de energia quando a distância de transmissão é de 20 km para o caso com a taxa de erro de quadro alvo (FER) de Po = 10^−5, e em ate 25% para a FER alvo de Po = 10^−3. / The present work employs fountain codes in an underwater network, in which data is transmitted using acoustic signals and has many applications. However, underwater networks are usually characterized by low propagation speed and smaller bandwidth than networks that use radio frequency signals, resulting in larger transmission delays. Then, aiming at minimizing the delays and increasing the energy efficiency of underwater networks, the present work employs fountain error-correcting codes at the transmitter. To that end, it was first necessary to model the energy consumption of a success data packet transmission in an underwater network using fountain codes. Our results show that the use of fountain codes is able to reduce up to 30% of energy consumption when the transmission distance is of 20 km for the case with a target frame error rate (FER) of Po = 10^−5 , and 25% for the same distance with a target FER of Po = 10^−3.

Submitted by Hugo de Andrade Lucatelli (h.lucatelli@hotmail.com) on 2017-06-10T00:54:14Z No. of bitstreams: 1 Tese_Hugo Lucatelli.pdf: 1969280 bytes, checksum: 7eca95ab0a82921b3b59ee3d58c073e0 (MD5) / Approved for entry into archive by Suzinei Teles Garcia Garcia (suzinei.garcia@fgv.br) on 2017-06-12T12:08:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese_Hugo Lucatelli.pdf: 1969280 bytes, checksum: 7eca95ab0a82921b3b59ee3d58c073e0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-12T13:04:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_Hugo Lucatelli.pdf: 1969280 bytes, checksum: 7eca95ab0a82921b3b59ee3d58c073e0 (MD5) Previous issue date: 2017-05-23 / Paper I – The paper shows that in bundle markets, when a monopolist faces sizeable constraints on supply capacity, implementing a two-part tariff is the optimal strategy for the firm. This contractual design allows the firm setting the consumers’ consumption level at the firm’s desired point. In this scenario, it is expected the final tariff of the contract to be smaller than it would be in a fixed tariff contract, what lead to the entrance of more consumers in the market. This equilibrium improves the welfare of producers and consumers. Paper II – The aim of this work is to study the optimal pricing strategy of a firm that introduces a new product and competes by quality and price in a market. In this environment, prices are not only able to signal quality, but can also change the quality perceived by the consumers. This work analyzes the problem in a theoretical dimension in an environment where firms are aware of their ability to change the consumers experience with its pricing policy. The paper analyzes the model fit to the empirical literature. Paper III – The third essay of this thesis empirically analyzes the relationship between perceived quality and the elements which form the consumers’ satisfaction: prices, market competition and product/service intrinsic quality. Using Brazilian data on mobile telecommunications, this study estimated these relationships. We found a robust connection between prices and satisfaction, endorsing the results found to others markets by the literature. As was expected, competition also seems to promote better services supply, what translates into better consumers’ evaluations. Finally, services with better operational quality appear to have substantial better consumers' rating. These results are especially important for markets where consumers evaluate the whole experience of consuming the service, as we verified in the robustness test. The analysis also found some evidence of the existence of important infrastructure bottlenecks in the sector. In an environment where the telecommunication services tend to converge, with high probability of demand growth, network sizing problems could become relevant. / Ensaio I – O ensaio mostra que em mercados de pacotes, quando um monopolista enfrenta significativas restrições de capacidade de oferta, implementar contratos compostos por tarifas de duas partes é a estratégia ótima para a firma. Este desenho contratual permite a firma posicionar o nível de consumo dos consumidores no nível ótimo desejado. Neste cenário, espera-se que a tarifa final do contrato seja inferior à tarifa exercida em um contrato composto por uma tarifa fixa, o que implica na entrada de mais consumidores no mercado. Este equilíbrio melhora o bem-estar da firma e dos consumidores, de forma agregada. À luz do modelo apresentado, o trabalho discute o uso de franquias de consumo em contratos de provisão de internet fixa no Brasil. Ensaio II – O ensaio tem como objetivo estudar a estratégia ótima de preços de uma firma que introduz um produto novo em determinado mercado consumidor e compete em preços e qualidade em um ambiente onde os preços, não apenas sinalizam a qualidade do bem, mas também têm a possibilidade de alterar a percepção sensorial e a classificação de qualidade dos consumidores. Busca-se avaliar o problema em sua dimensão teórica, ao estudar o comportamento das firmas em um ambiente em que são conscientes quanto a sua capacidade de alterar a experiência dos consumidores e a sua reputação de mercado com a sua política de preços. O artigo avalia o ajuste do modelo a literatura empírica. Ensaio III – O terceiro ensaio da tese estuda, empiricamente, a relação entre qualidade percebida e os elementos formadores da satisfação do consumidor: preços, competição de mercado e qualidade intrínseca do produto ou serviço. Utilizando dados do mercado de telefonia móvel do Brasil, o trabalho estimou estas relações. Encontramos uma robusta associação entre preços e satisfação, em linha com os resultados estabelecidos pela literatura para outros mercados. Competição, como esperado, também parece promover a oferta de melhores serviços, o que se traduz em melhores avaliações dos consumidores. Por fim, serviços ofertados com melhor qualidade operacional apresentam sensíveis melhores notas dos usuários. Estes resultados são especialmente importantes em um mercado onde os consumidores avaliam toda a experiência de consumo com o serviço, conforme foi verificado no exercício de robustez deste artigo. O trabalho também encontrou evidências de que existem gargalos de infraestrutura importantes no setor. Em um ambiente onde há tendência de convergência de serviços de telecomunicações, com indicativo de crescente demanda, problemas de dimensionamento de rede podem se tornar relevantes.

The significant advances in fiber-optic technology have broadened the optical network\'s reach into end-user business premises and even homes, allowing new services and technologies to be delivered to the customers. The next wave of innovation will certainly generate numerous opportunities provided by the widespread popularity of emerging solutions and applications such as tactile Internet, telemedicine and real time 3-D content generation, making them part of everyday life. Nevertheless, to support such an unprecedented and insatiable demand of data traffic, higher capacity and security, flexible bandwidth allocation and cost-efficiency have become crucial requirements for technologies candidate for future optical access networks. To this aim, optical code-division multiple-access (OCDMA) technology is considered as a prospective candidate, particularly due to features like asynchronous transmissions, flexible as well as conscious bandwidth resource distribution and support to differentiated services at the physical layer, to name but a few. In this context, this thesis proposes new mathematical formalisms for bit error rate, packet throughput and packet delay to assess the performance of flexible OCDMA networks capable of providing multiservice multirate transmissions according to users\' requirements. The proposed analytical formalisms do not require the knowledge a priori of the users\' code sequences, which means that the network performance can be addressed in a simple and straightforward manner using the code parameters only. In addition, the developed analytical formalisms account for a general number of distinct users\' classes as well as general probability of interference among users. Hence, these formalisms can be successfully applied for performance evaluation of flexible OCDMA networks not only under any number of users\' classes in a network, but also for most spreading codes with good correlation properties. The packet throughput expression is derived assuming Poisson, binomial and Markov chain approaches for the composite packet arrivals with the latter defined as benchmark. Then, it is shown via numerical simulation the Poisson-based expression is not appropriate for a reliable throughput estimate when compared to the benchmark (Markov) results. The binomial-based throughput equation, by its turn, provides results as accurate as the benchmark. In addition, the binomial-based throughput is numerically more convenient and computationally more efficient than the Markov chain approach, whereas the Markov-based one is computationally expensive, particularly if the number of users is large. The bit error rate (BER) expressions are derived considering gaussian and binomial distributions for the multiple-access interference and it is shown via numerical simulations that accurate performance of flexible OCDMA networks is only obtained with the binomial-based BER expression. This thesis also proposes and investigates a network architecture for Internet protocol traffic over flexible OCDMA with support to multiservice multirate transmissions, which is independent of the employed spreading code and does not require any new optical processing technology. In addition, the network performance assumes users transmitting asynchronously using receptors based on intensity-modulation direct-detection schemes. Numerical simulations shown that the proposed network performs well when its users are defined with high-weight code or when the channel utilization is low. The BER and packet throughput performance of an OCDMA network that provides multirate transmissions via multicode technique with two codes assigned to each single user is also addressed. Numerical results show that this technique outperforms classical techniques based on multilength code. Finally, this thesis addresses a new breakthrough technology that might lead to higher levels of security at the physical layer of optical networks. This technology consists in the generation of deterministic chaos from a commercial free-running vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL). The chaotic dynamics is generated by means of mechanical strains loaded onto an off-the-shelf quantum-well VCSEL using a simple and easily replicable holder. Deterministic chaos is then achieved, for the first time, without any additional complexity of optical feedback, parameter modulation or optical injection. The simplicity of the proposed system, which is based entirely on low-cost and easily available components, opens the way to the widespread use of commercial and free-running VCSEL devices for chaos-based applications. This off-the-shelf and cost-effective optical chaos generator has the potential for not only paving the way towards new security platforms in optical networks like, for example, successfully hiding the user information in an unpredictable, random-like signal against eventual eavesdroppers, but also for influencing emerging chaos applications initially limited or infeasible due to the lack of low-cost solutions. Furthermore, it leads the way to future realization of emerging applications with high-integrability and -scalability such as two-dimensional arrays of chaotic devices comprising hundreds of individual sources to increase requirements for random bit generation, cryptography or large-scale quantum networks. / Os avanços relacionados a tecnologia fotônica ampliaram o alcance das redes de comunicação óptica tanto em instalações de estabelecimentos comerciais quanto em residências, permitindo que novos serviços e tecnologias fossem entregues aos clientes. A próxima onda de inovação certamente gerará inúmeras oportunidades proporcionadas pela popularidade de soluções emergentes e aplicações como a Internet tátil, a telemedicina e a geração de conteúdo 3-D em tempo real, tornando-os parte da vida cotidiana. No entanto, para suportar a crescente demanda de tráfego atual, uma maior capacidade e segurança, alocação flexível de largura de banda e custo-eficiência tornaram-se requisitos cruciais para as tecnologias candidatas a futuras redes de acesso óptico. Para este fim, a tecnologia de acesso múltiplo por divisão de código óptico (OCDMA) é considerada um candidato em potencial, particularmente devido a características como transmissões assíncronas, distribuição flexível de banda larga e suporte a serviços diferenciados na camada física, para citar apenas alguns. Neste contexto, esta tese propõe novos formalismos matemáticos para a taxa de erro de bits, taxa de transferência de pacotes e atraso de pacotes para avaliar o desempenho de redes OCDMA flexíveis capazes de fornecer transmissões em múltiplas qualidades de serviço (QoS) de acordo com as necessidades dos usuários. Os formalismos analíticos propostos não requerem o conhecimento a priori das sequências de código dos usuários, o que significa que o desempenho da rede pode ser abordado de forma simples e direta usando apenas os parâmetros de código. Além disso, os formalismos analíticos desenvolvidos representam um número geral de classes de usuários distintos, bem como a probabilidade geral de interferência entre os usuários. Portanto, esses formalismos podem ser aplicados com sucesso na avaliação de desempenho de redes OCDMA flexíveis não apenas em qualquer número de classes de usuários em uma rede, mas também para a maioria dos códigos de espalhamento com boas propriedades de correlação. A expressão de taxa de transferência de pacotes é derivada assumindo aproximações de Poisson, binomial e de cadeia de Markov para as chegadas de pacotes compostos, com a última definida como benchmark. Em seguida, é mostrado via simulação numérica que a expressão baseada em Poisson não é apropriada para uma estimativa confiável de taxa de transferência quando comparada aos resultados de benchmark (Markov). A equação de taxa de transferência binomial, por sua vez, fornece resultados tão precisos quanto o benchmark. Além disso, a taxa de transferência binomial é numericamente mais conveniente e computacionalmente eficiente quando comparada com abordagem de Markov, enquanto esta última é computacionalmente dispendiosa, particularmente se o número de usuários é grande. As expressões de taxa de erro de bit (BER) são derivadas considerando distribuições gaussianas e binomiais para a interferência de acesso múltiplo e é mostrado por meio de simulações numéricas que o desempenho exato de redes OCDMA flexíveis é obtido somente com a expressão binomial de BER. Esta tese também propõe e investiga uma arquitetura de rede para o tráfego de protocolo de Internet sobre OCDMA flexível com suporte a transmissões de QoS e de múltiplas taxas, que é independente do código de espalhamento empregado e não requer qualquer nova tecnologia de processamento óptico. Além disso, o desempenho da rede assume que os usuários transmitem de forma assíncrona usando receptores baseados em esquemas de detecção direta de modulação de intensidade. As simulações numéricas mostraram que a rede proposta possui melhor desempenho quando seus usuários são definidos com peso de código alto ou quando a utilização do canal é baixa. O desempenho da BER e da taxa de transferência de pacotes de uma rede OCDMA que fornece transmissões de múltiplas taxas por meio de uma técnica multi-código com dois códigos atribuídos a cada usuário é também abordado. Os resultados numéricos mostram que esta técnica supera as técnicas clássicas baseadas no código de comprimento múltiplo. Finalmente, esta tese aborda uma nova tecnologia que pode levar a níveis mais elevados de segurança na camada física de redes ópticas. Esta tecnologia consiste na geração de caos determinístico a partir de um laser de emissão superficial com cavidade vertical (VCSEL). A dinâmica caótica é gerada através da aplicação de forças mecânicas em um VCSEL comercial usando um suporte simples e facilmente replicável. O caos determinístico é então alcançado, pela primeira vez, sem qualquer complexidade adicional de realimentação óptica, modulação de parâmetros ou injeção óptica. A simplicidade do sistema proposto, o qual se baseia inteiramente em componentes de baixo custo e que são facilmente encontrados, abre o caminho para o uso de dispositivos VCSEL comerciais para aplicações baseadas em caos. Este gerador de caos óptico tem o potencial não só de pavimentar o caminho para novas plataformas de segurança em redes ópticas, como, por exemplo, ocultar com êxito as informações do usuário em um sinal imprevisível e aleatório contra eventuais invasores, como também tem o potencial de influenciar aplicações de caos emergentes inicialmente limitadas ou inviáveis devido à falta de soluções de baixo custo. Além disso, ele conduz o caminho para a realização futura de aplicações emergentes com alta integridade e escalabilidade, tais como matrizes bidimensionais de dispositivos caóticos que compreendem centenas de fontes individuais para aumentar as necessidades de geração de bit aleatória, criptografia ou redes quânticas de grande escala.