[pt] A redução das perdas não técnicas de energia elétrica (PNT) constitui atualmente um dos principais desafios enfrentados pelas concessionárias de distribuição de eletricidade nos países em desenvolvimento. Por depender em parte de fatores não gerenciáveis pelas distribuidoras, as PNT no Brasil são repassadas aos consumidores através de tarifas de eletricidade, seguindo os limites definidos pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Apesar do notável progresso realizado pela ANEEL, à metodologia atualmente empregada pela Agência para definição desses limites apresenta uma série de limitações o que impõem ao regulador a adoção de medidas ad hoc que acaba resultando em metas de perdas pouco condizentes com a realidade das distribuidoras. Nas últimas três décadas diversos modelos matemáticos de Análise de Eficiência vêm sendo desenvolvidos com intuito de mensurar a eficiência relativa de grupos de agente. A adoção desses modelos, no entanto, tem se limitado a temas relacionados a custos operacionais e investimento. Essa dissertação tem por objetivo cobrir essa lacuna, propondo um modelo alternativo para a definição das metas regulatórias de PNT a partir de uma família particular de modelos de Análise de Eficiência – os modelos de Análise de Fronteira Estocástica (SFA). O modelo proposto foi aplicado a um painel de dados contendo observações anuais de 62 concessionárias de distribuição de energia elétrica brasileira no período de 2007 a 2017, resultando em um conjunto de metas de PNT mais aderentes às PNT reais das distribuidoras brasileiras. / [en] The reduction of non-technical losses of electrical power (NTL) are currently one of the main challenges faced by electricity utility companies in developing countries. Because it depends in part on factors not manageable by the utilities, in Brazil is passed on to consumers through electricity tariffs, following the limits defined by the National Electric Energy Agency (ANEEL). Despite the notable progress made by ANEEL, the currently used methodology by this Agency to define these limits has a number of limitations, which have impose the adoption of ad hoc measures that end up resulting in loss targets that are inconsistent with the reality of the utilities. In the last three decades, a several mathematical models of Efficiency Analysis have been developing in order to measure the relative efficiency of groups of agents. However, the adoption of these models by Regulator Bodies around the world has been limited to subjects related to operating costs and investment. This dissertation aims to fulfill this gap, proposing an alternative model for the definition of NTL regulatory targets from a particular family of Efficiency Analysis models - the Stochastic Frontier Analysis (SFA) models. The proposed model has been applied to a data panel containing annual observations of 62 distribution concessionaires in the Brazilian electrical system from 2007 to 2017, resulting in a set of NTL targets more adherent to the real PNT of Brazilian electricity utility distributors.

[pt] A perdas não técnicas de energia elétrica (PNT) constituem, atualmente, um dos principais problemas enfrentados pelas concessionárias de distribuição de eletricidade no Brasil. Entende-se que parte desses fatores não são gerenciáveis pelas distribuidoras, e assim, são repassadas aos consumidores através de tarifas de eletricidade, seguindo os limites definidos pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Apesar do progresso realizado pela ANEEL, a metodologia atualmente empregada pela Agência utiliza-se de dados em painel para formulações desses limites, no entanto, define-se algumas medidas ad-hoc que acabam resultando em metas de perdas pouco condizentes com a realidade das distribuidoras brasileiras. Essa dissertação tem por objetivo selecionar modelos de forma automática para dados em painel, avaliando sua aplicabilidade na definição das metas de perdas não técnicas. Os modelos propostos foram empregados a um painel de dados contendo observações anuais de 62 concessionárias de distribuição de energia elétrica brasileira no período de 2007 a 2017, gerando, assim, 1.097.789 modelos com respeitando os tipos de regressões em dados em painel, resultando em 3 modelos potenciais com metas de PNT mais aderentes às PNT reais das distribuidoras brasileiras. / [en] Non-technical electricity losses (NTL) are currently one of the main problems faced by electricity distribution utilities in Brazil. It is understood that part of these factors is not manageable by the utilities, and thus, they are passed on to consumers through electricity tariffs, following the limits defined by the Brazilian Electric Energy Agency (ANEEL). Despite the progress made by ANEEL, the methodology currently used by the Agency uses panel data to formulate these limits, however, some ad hoc measures are defined which end up resulting in loss targets that are not consistent with the reality of Brazilian distribution utilities. This dissertation aims to select models automatically for panel data, evaluating their applicability in setting non-technical loss targets. The proposed models were used in a panel data containing annual observations from 62 Brazilian electricity distribution utilities in the period from 2007 to 2017, thus generating 1,097,789 models with respect to the types of regressions in panel data, resulting in 3 potential models with NTL targets more adherent to the real possibilities of the Brazilian distribution utilities.

[pt] A avaliação probabilística da confiabilidade de um sistema elétrico de potên-cia visa quantificar, em índices, as estatísticas do risco do mesmo não atender seus clientes em plenitude. Na prática, os critérios determinísticos (e.g., N-1) são ainda os mais empregados. Na literatura, porém, a análise probabilística é uma área ex-tensa de pesquisa, podendo ser dividida em duas vertentes: as baseadas em simula-ção Monte Carlo (SMC) e aquelas fundamentadas na enumeração de estados (EE). Apesar de ser reconhecidamente inferior, a técnica EE é a que se assemelha mais aos critérios determinísticos, e, muito provavelmente por esta razão, possui extensa gama de trabalhos relacionados. Contudo, tais trabalhos apresentam limitações, pois, ou se restringem a sistemas de pequeno porte, ou desconsideram contingências de maior ordem quando abordam sistemas reais (médio-grande porte). De qualquer maneira, existe um grande apego do setor elétrico por técnicas de confiabilidade que se assemelhem às práticas dos operadores e planejadores. Isso motivou o de-senvolvimento de um método baseado em EE, o qual seja capaz de avaliar a confi-abilidade de sistemas de geração e transmissão com desempenho comparável ao da SMC. De forma heterodoxa, os conceitos de amostragem por importância (IS - Im-portance Sampling), uma técnica de redução de variância (VRT - Variance Reduc-tion Techniques) tipicamente empregada na SMC, serviram de inspiração para apri-morar a EE. Assim, o método proposto nesta dissertação é o resultado da combina-ção de uma ferramenta do tipo IS-VRT com técnicas de EE. Para análise e validação do método proposto, são utilizados dois sistemas teste comumente empregados neste tópico de pesquisa, sendo um deles de médio porte e capaz de reproduzir caracterís-ticas típicas de sistemas reais. / [en] The probabilistic reliability assessment of an electric power system aims to quantify, in terms of risk indices, its inability to fully serve its customers. In prac-tice, deterministic criteria (e.g., N-1) are still the most widely used. In the literature, however, probabilistic analysis is an extensive area of research, which can be di-vided into two evaluation categories: those based on Monte Carlo simulation (MCS) and those based on the state enumeration (SE). Despite being admittedly inferior, the SE technique is the one that most closely resembles the deterministic criteria, and, most likely for this reason, has a wide range of technical publications. How-ever, such works have limitations, because they are either restricted to small sys-tems, or they disregard higher contingency orders, when addressing real systems (medium-large). In any case, there is a strong attachment of the electric sector to reliability techniques that are similar to the practices of operators and planners. This motivated the development of a method based on SE, which is capable of assessing the reliability of generation and transmission systems with performance comparable to that of MCS. In a heterodox way, importance sampling (IS) concepts used in variance reduction techniques (VRT), typically employed by MCS, have served as inspiration to improve SE. Thus, the method proposed in this dissertation is the combination result of an IS-VRT type tool with SE techniques. For the analysis and validation of the proposed method, two test systems commonly used in this research topic are used, one of which is medium-sized and capable of reproducing typical characteristics of real systems.

[pt] Esta tese apresenta um estudo sobre métodos semianalíticos para modelagem de guias de ondas com contornos complexos. Os campos eletromagnéticos dentro de meios não homogêneos e anisotrópicos são resolvidos por meio de harmônicos cilíndricos como base para outras abordagens numéricas, como o método de perturbação regular (RPM), o método de perturbação de material em cavidade (CMPM) e o método de casamento de pontos (PMM). As novas soluções semianalíticas que exploramos aqui podem ser empregadas para a análise de comunicação sem fio ao longo de túneis, bem como para a modelagem de sensores realistas de perfilagem durante a perfuração em problemas geofísicos de baixa frequência. Estudamos o potencial do RPM ao combiná-lo com os princípios da transformação óptica (TO) para analisar um guia de onda coaxial excêntrico preenchido com materiais anisotrópicos. Além disso, estendemos o CMPM clássico proposto por Harrington para lidar com meios anisotrópicos para resolver os números de onda de corte dos campos modais no mesmo guia de onda de maneira aproximada, mas numericamente eficiente. Outra solução de perturbação é proposta combinando as correções de baixa ordem do RPM no CMPM para fornecer correções de alta ordem para os números de onda de corte dos modos suportados pelo guia. Uma formulação matemática de um método semianalítico baseado em PMM para resolver guias de onda preenchidos com meios anisotrópicos e com camadas arbitrárias também é apresentada. Uma versão melhorada deste método é introduzida para modelar estruturas guiadas cilíndricas de múltiplas camadas não circulares. Essas soluções baseadas em casamento de pontos representam boas alternativas para abordagens de força bruta, como métodos de elementos finitos e de diferenças finitas. / [en] This thesis presents a study on semi-analytic methods for modeling waveguides with complex-shaped boundaries. The electromagnetic fields inside inhomogeneous and anisotropic media are solved via cylindrical harmonics as a basis for other numerical approaches, including the regular perturbation method (RPM), the cavity-material perturbation method (CMPM), and the point-matching method (PMM). The novel semi-analytic solutions we have explored here can be employed for the analysis of wireless communication along tunnels and boreholes as well as for the modeling of realistic logging-whiledrilling (LWD) sensors and their environments at low-frequency geophysical problems. We studied the potential of the RPM when combining it with the transformation optics (TO) principles to analyze an eccentric coaxial waveguide filled with anisotropic materials. Furthermore, we have extended the classical CMPM proposed by Harrington to handling anisotropic media for solving the cutoff wavenumbers of the modal fields in the same eccentric coaxial waveguide in an approximated but numerically efficient manner. Another perturbation solution is proposed here and combines the low-order corrections from RPM into the CMPM for providing high-order corrections to the cutoff wavenumbers of the modes supported in this guide. A mathematical formulation of a semi-analytic point-matching method for solving more complex anisotropic-filled waveguides with an arbitrary number of layers is also presented. An improved version of this method is introduced for modeling noncircular multi-layered cylindrical guided structures. Such point-matching-based solutions represent good alternatives to brute-force approaches such as finiteelement and finite-difference methods and motivate further investigations. We present a series of validation results showing the accuracy, efficiency, and potential limitations of the explored methods.

[pt] A crescente demanda pela explotação de óleo em águas cada vez mais profundas representa um desafio para o projeto seguro e eficiente de risers. Tipicamente, o projeto deste elemento estrutural exige um elevado número de análises numéricas e, muitas vezes, se baseia na experiência do projetista, especificamente no que diz respeito à obtenção de uma configuração inicial estruturalmente viável. A automação de tarefas nas fases preliminares de projeto pode proporcionar uma maior eficiência e segurança na seleção de configurações viáveis, além de reduzir o tempo necessário para a realização desta tarefa. Este trabalho propõe uma ferramenta computacional para a otimização de configurações iniciais de risers, satisfazendo requisitos estruturais, operacionais e econômicos. A ferramenta se baseia no método Globalized Bounded Nelder-Mead (GBNM), que não requer o cálculo de gradientes, demanda poucas avaliações da função objetivo por iteração, ou seja, reduz o número de análises dinâmicas realizadas usando o Método dos Elementos Finitos, e permite a implementação de uma estratégia eficiente de paralelização do problema. Para validar e demonstrar a eficiência da ferramenta proposta, são apresentados estudos de caso que reproduzem as condições encontradas em fases iniciais de projetos de risers, bem como uma comparação dos resultados com os obtidos utilizando outros métodos de otimização conhecidos na literatura. / [en] The increasing demand for oil exploitation in deeper water represents a challenge for the safe and efficient design of risers. Typically, the design of this structural member requires a large number of numerical analyses and is often based on the designer’s experience, specifically with respect to obtaining a structurally feasible initial configuration. The automation of tasks in the preliminary stages of design can provide greater efficiency and safety in the selection of feasible configurations, in addition to reducing the time required to perform this task. This work proposes a computational tool to optimize initial riser configurations, satisfying structural, operational and economic requirements. The tool is based on the Globalized Bounded Nelder-Mead method (GBNM), which does not require the computation of gradients, it requires few evaluations of the objective function per iteration, i.e., it reduces the number of dynamic analyses performed using the Finite Element Method, and allows the implementation of an efficient strategy to parallelize the problem. In order to validate and demonstrate the efficiency of the proposed tool, case studies that reproduce the conditions found during the initial stages of the design of risers are presented, as well as a comparison of the results with those obtained using other optimization methods established in the literature.

[pt] A presente pesquisa tem como foco o desenvolvimento de abordagens híbridas que combinam algoritmos de aprendizado de máquina baseados em conjuntos (ensembles) e técnicas de modelagem e previsão de séries temporais. A pesquisa também inclui o desenvolvimento de heurísticas inteligentes de seleção, isto é, procedimentos capazes de selecionar, dentre o pool de preditores originados por meio dos métodos de conjunto, aqueles com os maiores potenciais de originar previsões agregadas mais acuradas. A agregação de funcionalidades de diferentes métodos visa à obtenção de previsões mais acuradas sobre o comportamento de uma vasta gama de eventos/séries temporais. A tese está dividida em uma sequência de ensaios. Como primeiro esforço, propôsse um método alternativo de geração de conjunto de previsões, o que resultou em previsões satisfatórias para certos tipos de séries temporais de consumo de energia elétrica. A segunda iniciativa consistiu na proposição de uma nova abordagem de previsão combinando algoritmos de Bootstrap Aggregation (Bagging) e técnicas de regularização para se obter previsões acuradas de consumo de gás natural e de abastecimento de energia em diferentes países. Uma nova variante de Bagging, na qual a construção do conjunto de classificadores é feita por meio de uma reamostragem de máxima entropia, também foi proposta. A terceira contribuição trouxe uma série de inovações na maneira pela qual são conduzidas as rotinas de seleção e combinação de modelos de previsão. Os ganhos em acurácia oriundos dos procedimentos propostos são demonstrados por meio de um experimento extensivo utilizando séries das Competições M1, M3 e M4. / [en] This research focuses on the development of hybrid approaches that combine ensemble-based supervised machine learning techniques and time series methods to obtain accurate forecasts for a wide range of variables and processes. It also includes the development of smart selection heuristics, i.e., procedures that can select, among the pool of forecasts originated via ensemble methods, those with the greatest potential of delivering accurate forecasts after aggregation. Such combinatorial approaches allow the forecasting practitioner to deal with different stylized facts that may be present in time series, such as nonlinearities, stochastic components, heteroscedasticity, structural breaks, among others, and deliver satisfactory forecasting results, outperforming benchmarks on many occasions. The thesis is divided into a series of essays. The first endeavor proposed an alternative method to generate ensemble forecasts which delivered satisfactory forecasting results for certain types of electricity consumption time series. In a second effort, a novel forecasting approach combining Bootstrap aggregating (Bagging) algorithms, time series methods and regularization techniques was introduced to obtain accurate forecasts of natural gas consumption and energy supplied series across different countries. A new variant of Bagging, in which the set of classifiers is built by means of a Maximum Entropy Bootstrap routine, was also put forth. The third contribution brought a series of innovations to model selection and model combination in forecasting routines. Gains in accuracy for both point forecasts and prediction intervals were demonstrated by means of an extensive empirical experiment conducted on a wide range of series from the M- Competitions.

[pt] As comunicações sem fio são um dos pilares do desenvolvimento das novas gerações de comunicações móveis. Cada geração tem usado alguma técnica de acesso múltiplo para aproveitar os recursos do canal. Esta dissertação apresenta uma análise de duas técnicas de multiplexação ortogonal. Ambas técnicas implementam a transmissão em blocos, onde uma delas se combina com a abordagem Code Division Multiple Access (CDMA), enquanto a outra usa a técnica de transmissão multiportadora Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). O desempenho e a ocupação espectral de ambas técnicas e as suas vantagens são analisados neste trabalho. Expressões analíticas para a Densidade Espectral de Potência dos sinais foram obtidas e permitiram estabelecer comparações entre os dois métodos. O estudo dessas técnicas de multiplexação é realizado em diferentes canais de propagação para avaliar o comportamento de ambos sistemas de uma forma geral. Os três tipos de canais avaliados neste trabalho são: linear e invariante no tempo, linear e variante no tempo e, finalmente, não linear e invariante no tempo. Cada tipo de canal foi modelado em forma matricial para ambos sistemas de forma independente. As simulações consideram os equalizadores Zero Forcing e Minimum Mean Square Error, assumindo um canal conhecido. / [en] Wireless communications are one of the pillars of the development of the new generations of mobile communications. Each generation has used some multiple access technique to take advantage of the channel s resources. This dissertation presents an analysis of two orthogonal multiplexing techniques. Both techniques implement block transmission, where one is combined with the Code Division Multiple Access (CDMA) approach, while the other uses the multicarrier transmission technique Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). The performance and spectral occupation of both techniques and their advantages are analyzed. Analytical expressions for the Power Spectral Density of the signals were obtained, which allowed establishing comparisons between both methods. The study of these multiplexing techniques is carried out in different propagation channels to evaluate the behavior of both systems in general. The three types of channels evaluated in this work are linear and time-invariant, linear and time-variant and, finally, non-linear and time-invariant. Each type of channel was modeled in matrix form for both systems independently. The simulations consider the Zero Forcing and Minimum Mean Squared Error equalizers, assuming a known channel.

Submitted by Samira Prince (prince@ufpa.br) on 2012-10-11T14:46:39Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_HermesSoftwareModem.pdf: 1508763 bytes, checksum: 32b425ae50520bfbfc5e290bde849c12 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva(arosa@ufpa.br) on 2012-10-11T15:28:53Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_HermesSoftwareModem.pdf: 1508763 bytes, checksum: 32b425ae50520bfbfc5e290bde849c12 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-10-11T15:28:53Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_HermesSoftwareModem.pdf: 1508763 bytes, checksum: 32b425ae50520bfbfc5e290bde849c12 (MD5) Previous issue date: 2011 / Esta dissertação tem como objetivo principal apresentar a implementação de um software-modem ADSL totalmente escrito em Java, utilizando o framework Ptolemy II, denominado de Hermes (de "A Handy Experimental Software Modem System"). Um software-modem é útil em ocasiões onde se precisem executar testes e simulações de sistemas de comunicação com um número grande de modens e quando os parâmetros desses sistemas precisem ser modificados com um alto grau de liberdade. Além disso, um software-modem possui características que tornam mais fácil a tarefa de acrescentar, eliminar, validar e analisar funções e algoritmos de processamento de sinais e de telecomunicações. Testes e simulações foram realizados para analisar a funcionalidade do Hermes, utilizando, inclusive, o Tracespan, um equipamento para análise não-intrusiva de redes DSL. A partir dos resultados obtidos em conjunto com o Tracespan, foi possível validar com sucesso as funções do Hermes. / This dissertation has as main objective to present the implementation of an ADSL software-modem totally written in Java, using the Ptolemy II framework, named Hermes (from \A Handy Experimental softwaRe ModEm System"). A software-modem is useful in cases where one needs to perform tests and simulations of communication systems with a large number of modems and when systems' parameters must be changed with high degree of freedom. Besides, a software-modem has features that make it easy to add, eliminate, validate and evaluate signal processing and telecommunications functions and algorithms. Tests and simulations were performed to evaluate the Hermes functionality, including the use of Tracespan, a non-intrusive analisys equipment for DSL networks. From obtained results together with Tracespan, it was possible to successfully validate the Hermes functions.

Submitted by SBI Biblioteca Digital (sbi.bibliotecadigital@puc-campinas.edu.br) on 2017-03-13T11:41:07Z No. of bitstreams: 1 FERNANDO HENRIQUE SILVA RIBEIRO.pdf: 5154598 bytes, checksum: 867c7a891e599c9bd9e1381c69482488 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-13T11:41:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FERNANDO HENRIQUE SILVA RIBEIRO.pdf: 5154598 bytes, checksum: 867c7a891e599c9bd9e1381c69482488 (MD5) Previous issue date: 2017-01-23 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / Pontif?cia Universidade Cat?lica de Campinas ? PUC Campinas / This study has evaluated the condition of the urban mobility in the city of Campinas, Paulo, Brazit. through the application of the tool Index of Sustainable Urban Mobi!?ty (I_SUM), enabling the identification of criticai indicators of urban mobility that should be prioritized by the public administration. Throughout the development of the study, the results of the application of the tool were cornplemented with the analysis of the urban expansion pattern to verify its influence on the city's travei behaviour in order to establ?sh a correlation between expansion and urban mobility. The definition of the urban mobility scenario for Campinas allowed to determine how the guidelines establ?shed until then influenced rnobitity, as well as to enable the identification of criticai indicators that more broadly address the guidelines regarding mobllity, complementing the guidelines defined by the public administration. It was to identify, in Campinas, an evident dependence on the use of cars, as a result of the settlement pattern, which requires the car for travelinq, since there is no prioritization of collective transportation, in addition to the incentive to acquire cars. The cross-checking of the data showed the dose relationship that urban planning and transportation system planning should have in order to harmonize the relationship between settlement patterns and travei behaviour, highlighting the role of prioritization of collective medes and non-rnotorized medes, in order to democratize access to urban space. / O estudo avaliou a condi??o da mobilidade urbana em Campinas atrav?s da aplica??o da ferramenta IMUS (?ndice de Mobilidade Urbana Sustent?vel), possibilitando a identifica??o dos indicadores cr?ticos da mobilidade urbana que devem ser priorizados pela administra??o p?blica. Ao longo do desenvolvimento do trabalho. os resultados da aplica??o da ferramenta foram complementados com a an?lise do padr?o de expans?o urbana de Campinas para verificar sua influ?ncia no padr?o de deslocamento da cidade, a fim de estabelecer uma correla??o entre expans?o e mobilidade urbana. A defini??o do panorama de mobilidade urbana para Campinas permitiu determinar como as diretrizes at? ent?o estabelecidas influenciaram na mobilidade, al?m de possibilitar a identifica??o de indicadores cr?ticos, que abordam de forma mais ampla as diretrizes em rela??o a mobilidade, complementando as diretrizes definidas pela administra??o p?blica. Foi poss?vel identificar, em Campinas, uma evidente depend?ncia do uso do autom?vel, tanto em decorr?ncia do padr?o de ocupa??o, que exige o autom?vel para deslocamentos, uma vez que n?o existe uma prioriza??o do transporte coletivo. tanto pelos incentivos para aquisi??o do autom?vel. O cruzamento dos dados permitiu evidenciar a estreita rela??o que o planejamento urbano e o planejamento do sistema de transporte devem ter para harmonizar a rela??o entre os padr?es de assentamento e os padr?es de deslocamento, democratizando o acesso ao espa?o urbano.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-07-30T16:35:12Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_CrossLayerOptimizations.pdf: 20257418 bytes, checksum: 96559fd5f83b5752bc63ce073eb1c700 (MD5) / Rejected by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br), reason: on 2014-07-30T16:37:23Z (GMT) / Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-07-30T16:41:46Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_CrossLayerOptimizations.pdf: 20257418 bytes, checksum: 96559fd5f83b5752bc63ce073eb1c700 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-09-04T14:34:02Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_CrossLayerOptimizations.pdf: 20257418 bytes, checksum: 96559fd5f83b5752bc63ce073eb1c700 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-04T14:34:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_CrossLayerOptimizations.pdf: 20257418 bytes, checksum: 96559fd5f83b5752bc63ce073eb1c700 (MD5) Previous issue date: 2014 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / University of Bern / A proliferação de conteúdo multimídia bem como a demanda por novos serviços de áudio ou vídeo promoveram o desenvolvimento de uma nova era baseada em informações multimídia, o que permitiu a evolução das Redes de Sensores Sem Fio Multimídia (RSSFM) e também das redes ad-hoc desenvolvimento formadas por VANTs (FANETs). Desta forma, serviços multimídia em tempo real requerem transmissões de vídeo em tempo real com uma baixa taxa de perda de quadros, atraso fim-a-fim tolerável, para apoiar a disseminação de vídeo com qualidade de Experiência (QoE) assegurada. Desta forma, um princípio fundamental de uma abordagem ciente de QoE é a transmissão de quadros de vídeo com alta prioridade, baixa taxa de perda de pacotes, bem como baixa sobrecarga da rede, a fim de protegê-los. Além disso, o conteúdo multimídia devem ser transmitidos a partir de um determinado nó de origem para um nó de destino através de nós intermediários com alta confiabilidade em um cenário de grande escala. O serviço de roteamento deve lidar com topologias dinâmicas causadas por falha de um nó ou a mobilidade do mesmo, bem como as mudanças no canal sem fio, a fim de continuar a operar mesmo em casos de mudanças de topologia durante a transmissão multimídia. Por fim, o mapeamento da satisfação do usuário ao assistir um determinado vídeo está se tornando um requisito fundamental para a entrega de conteúdos multimídia com suporte à QoE. Com estes objetivos em mente, soluções envolvendo transmissões multimídia deve levar em conta as características de vídeo e do usuário para melhorar a entrega de vídeo com qualidade assegurada. As principais contribuições desta tese são conduzidos pela seguinte questão de pesquisa: como para fornecer distribuição de multimídia com alta eficiência energética, confiabilidade, robustez, escalabilidade e suporte à QoE em redes sem fio ad hoc. A tese aborda vários domínios de problemas com contribuições em diferentes camadas da pilha de comunicação. Na camada de aplicação, apresentamos um mecanismo de redundância de pacotes ciente de QoE para reduzir o impacto da não confiabilidade do canal sem fio, e assim prover disseminação de conteúdo multimídia em tempo real com suporte à QoE. Na camada de rede, apresentamos dois protocolos de roteamento, ou seja, o video-aware Multi-hop and multi-path hierarchical routing protocol for Efficient VIdeo transmission for static WMSN scenarios (MEVI) e o cross-layer link quality and geographical-aware beaconless OR protocol for multimedia FANET scenarios (XLinGO). Ambos os protocolos de roteamento permitem a disseminação de conteúdo multimídia com eficiência energética, confiabilidade e suporte à QoE. Isto é alcançado através da combinação de métricas de múltiplas camadas para a tomada de decisão para o roteamento de pacotes, e assim estabelecer rotas confiáveis. / The proliferation of multimedia content and the demand for new audio or video services have fostered the development of a new era based on multimedia information, which allowed the evolution of Wireless Multimedia Sensor Networks (WMSNs) and also Flying Ad-Hoc Networks (FANETs). In this way, live multimedia services require realtime video transmissions with a low frame loss rate, tolerable end-to-end delay, and jitter to support video dissemination with Quality of Experience (QoE) support. Hence, a key principle in a QoE-aware approach is the transmission of high priority frames (protect them) with a minimum packet loss ratio, as well as network overhead. Moreover, multimedia content must be transmitted from a given source to the destination via intermediate nodes with high reliability in a large scale scenario. The routing service must cope with dynamic topologies caused by node failure or mobility, as well as wireless channel changes, in order to continue to operate despite dynamic topologies during multimedia transmission. Finally, understanding user satisfaction on watching a video sequence is becoming a key requirement for delivery of multimedia content with QoE support. With this goal in mind, solutions involving multimedia transmissions must take into account the video characteristics to improve video quality delivery. The main research contributions of this thesis are driven by the research question how to provide multimedia distribution with high energy-efficiency, reliability, robustness, scalability, and QoE support over wireless ad hoc networks. The thesis addresses several problem domains with contributions on different layers of the communication stack. At the application layer, we introduce a QoE-aware packet redundancy mechanism to reduce the impact of the unreliable and lossy nature of wireless environment to disseminate live multimedia content. At the network layer, we introduce two routing protocols, namely video-aware Multi-hop and multi-path hierarchical routing protocol for Efficient VIdeo transmission for static WMSN scenarios (MEVI), and cross-layer link quality and geographical-aware beaconless OR protocol for multimedia FANET scenarios (XLinGO). Both protocols enable multimedia dissemination with energy-efficiency, reliability and QoE support. This is achieved by combining multiple cross-layer metrics for routing decision in order to establish reliable routes.