[pt] Uma rede móvel ad hoc consiste de uma coleção de dispositivos computacionais portáteis, equipados com uma interface de comunicação sem fio, com uma distribuição arbitrária e dinâmica no espaço, e onde cada host também serve de roteador para os demais hosts, descobrindo e mantendo rotas multi-hop entre os hosts. De uma forma geral, os protocolos para redes móveis ad hoc são mais complexos do que os protocolos para as redes fixas, devido à várias características destas redes, como por exemplo, a topologia dinâmica, a interferência mútua, o acesso compartilhado e a largura de banda restrita dos enlaces sem fio, bem como a operação com energia restrita e menor quantidade de recursos disponíveis nos hosts móveis. Um grande foco da pesquisa em redes móveis ad hoc tem sido o desenvolvimento, a análise e a comparação de protocolos de roteamento. Por isto, existe a demanda por ambientes para a prototipação rápida, a simulação e a depuração de protocolos de roteamento (e de outras camadas) para este tipo de redes. Preferencialmente estes ambientes devem ser flexíveis, ser simples de usar, e permitir definir vários níveis de abstrações para descrever as características físicas da rede móvel, tais como o padrão de mobilidade, os enlaces sem fio, consumo de energia, etc. Esta dissertação trata do projeto e implementação de um framework para a simulação de redes móveis ad hoc que visa facilitar a criação de ambientes para prototipação, teste, análise de desempenho e complexidade de protocolos para este tipo de redes. / [en] A mobile ad hoc network consists of a set of portable computational devices, equipped with a wireless communication interface, that are randomly and dynamically distributed in space, and where each host serves as a router for the other hosts by discovering and maintaining multi-hop routes among the hosts. In general, protocols for mobile ad hoc networks are more complex than equivalent protocols for static networks, due to several properties of such networks, such as its dynamic topology, the mutual interference, concurrent access and smaller communication bandwidth of the wireless links, as well as, operation with restricted amount of energy, and scarce resources of the mobile devices. A main focus of research in mobile ad hoc networks has been the development, analysis and comparison of routing protocols for such networks. Therefore, there is some demand for environments that facilitate the rapid prototyping, the simulation and the debugging of protocols at the network and other layers for such networks. These environments should preferably be flexible, easy to use, and allow for the definition of different levels of abstractions for modeling the main characteristics of the mobile network, such as the pattern of mobility, the wireless links, the energy consumption, etc. This thesis describes the design and implementation of a framework for the simulation of mobile ad hoc networks, which aims at supporting the development of concrete simulation environments for prototyping, testing and doing the complexity and performance analysis of protocols for such networks.

O comportamento dinâmico das redes sem fio as torna muito peculiares e de difícil análise. No entanto, algumas destas redes, como as de sensores com funcionamento intermitente, redes periódicas ou cíclicas e as do sistema de satélites de órbita baixa têm um comportamento dinâmico relativamente previsível, pois as variações da topologia da rede no tempo são quase que determinísticas. Recentemente, um modelo teórico -- grafos evolutivos -- foi proposto com o intuito de capturar o comportamento dinâmico destas redes e formalizar algoritmos de roteamento de custo mínimo, além de outros. Os algoritmos e idéias obtidos com este modelo são teoricamente muito eficientes, mas, no entanto, antes deste trabalho não existiam estudos do uso destes modelos em situações práticas. Assim, o objetivo deste trabalho é analisar a aplicabilidade da teoria de grafos evolutivos na construção de protocolos de roteamento eficientes em cenários realistas. Foram implementados dois protocolos de roteamento para redes móveis ad hoc baseados nos algoritmos de grafos evolutivos, são eles: Jornada que Chega Mais Cedo e Jornada Mais Curta. Extensivas simulações foram realizadas utilizando o simulador de redes NS2 e os resultados foram comparados com outros quatro protocolos clássicos para este tipo de rede: AODV, DSR, OLSR e DSDV. Os resultados preliminares mostram que este recente modelo tem muito potencial para ser uma ferramenta poderosa no desenvolvimento e análise de algoritmos para redes dinâmicas com comportamento previsível. No entanto, foram apontados alguns aspectos que precisam ser melhores estudados para que estes algoritmos possam ser utilizados em situações reais. / The assessment of routing protocols for wireless networks is a difficult task, because of the networks\' highly dynamic behavior and the absence of benchmarks. However, some of these networks, such as intermittent wireless sensors networks, periodic or cyclic networks, and low earth orbit satellites systems, have more predictable dynamics, as the temporal variations in the network topology are somehow deterministic, which may make them easier to study. Recently, a graph theoretic model -- the evolving graphs -- was proposed to help to capture the dynamic behavior of these networks, in view of the construction of least cost routing and other algorithms. The algorithms and insights obtained through this model are theoretically very efficient and intriguing. However, before this work there was no study on the use of such theoretical results into practical situations. Therefore, the objective of our work is to analyze the applicability of the evolving graph theory in the construction of efficient routing protocols in realistic scenarios. We use the NS2 network simulator to first implement two evolving graph based routing protocols: Foremost Journey and Shortest Journey, They are evaluated and compared to four major ad-hoc protocols: AODV, DSR, OLSR and DSDV. Interestingly, our experiments show that evolving graphs have all the potentials to be an effective and powerful tool in the development and analysis of algorithms for dynamic networks, with predictable dynamics at least. In order to make this model widely applicable, however, some practical issues still have to be addressed and incorporated into the model.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Smart grids and smart utility networks are the next-generation utility networks that intend to provide efficient control and management of utilities such as electricity, natural gas, water and sewage. Communication technology is the essential element for enabling formation of networks where control messages and metering data can be exchanged. In this work it is shown that wireless sensor and actuator networks are suitable candidates to implement this intelligent networks. The main routing algorithms for this category of wireless network are investigated in order to verify its performance when applied to the characteristics of smart utility networks, which are mainly related for large scale networks formed by hundreds to thousands of devices. It is shown that geographic routing is one of the most suitable routing strategies for large scale wireless networks, due to its low overhead and high scalability features. Usually, a geographic routing scheme combines a geographic greedy forwarding with a recovery mechanism to solve the local minima problem. Solutions proposed in the literature commonly combine greedy forwarding with the well known face routing for achieving this goal. However, the average path length in number of hops produced by face routing could be much worse than the optimal topological path in most realistic scenarios. In this work, it is proposed a new intermediate procedure between the geographic greedy mode and the recovery mode in order to improve routing efficiency in number of hops, without network overhead. It exploits the optimal topological route to base stations, obtained by beacon messages, as a resource to find better routes than the ones created by face routing. It is shown by simulations that the proposed hybrid approach leads to a significant improvement of routing performance when applied to combined greedy-face routing algorithms. Furthermore, experimental results obtained through testbeds shown that the proposed maintenance procedures are capable of avoid uctuations in the network infrastructure, providing robust routes for packet forwarding in large scale networks. / Smart grids e redes urbanas de comunicação formam a próxima geração de redes que pretende fornecer controle e gestão é eficiente aos servicos publicos como eletricidade, gás natural, água e esgoto. A tecnologia de comunicação é o elemento essencial para permitir a formação de redes em que mensagens de controle e dados de medição possam ser transmitidos. Neste trabalho demonstra-se que as redes de sensores e atuadores sem fio são candidatas viáveis e adequadas para implementar estas redes. Os principais algoritmos de roteamento para esta categoria de rede sem fios são investigados, a fim de verificar o seu desempenho quando aplicados às características das redes urbanas de comunicação, que geralmente são redes de grande escala formadas por centenas a milhares de dispositivos. Ainda, demostra-se que o roteamento geográfico �e uma das estratégias mais adequadas de roteamento para redes sem fio de grande escala, devido às suas características de baixa sobrecarga e alta escalabilidade. Estes algoritmos geralmente combinam um encaminhamento geográfico greedy com um mecanismo de recuperação para solucionar o problema dos mínimos locais, sendo o roteamento por faces a solução mais empregada na literatura como método de recuperação. No entanto, o número médio de saltos nos caminhos produzidos pelo roteamento por faces pode ser muito maior do que o caminho topológico ótimo na maioria dos cenários reais. Neste trabalho propõe-se um procedimento intermediário entre o encaminhamento geográfico greedy e o modo de recuperação, a fim de melhorar a eficiência em número de saltos sem gerar sobrecarga de mensagens de controle. Este procedimento explora as rotas topológicas ótimas para as estações base como um recurso adicional para encontrar rotas melhores para outros nós do que as geradas pelo roteamento por faces. Demonstra-se ainda através de simulações que a abordagem híbrida proposta melhora significativamente o desempenho do encaminhamento de pacotes quando aplicada a algoritmos greedy combinados com roteamento por faces. Ademais, os resultados experimentais obtidos através da planta teste comprovam que os procedimentos de manutenção propostos são capazes de evitar flutuações na infra-estrutura de rede, oferecendo rotas robustas para o encaminhamento de pacotes em redes de grande escala.