Mobilidade implica que um usuário tem acesso a qualquer serviço em qualquer tempo e local sem qualquer interrupção da sua conexão. Este conceito vem sendo usado freqüentemente na Internet. MobileIP é um dos protocolos usados para alcançar este propósito. Este trabalho enfoca um dos problemas relacionados com esta tecnologia, que é a autenticação do nó móvel com sua Home Network ou Home Agent. Para isso, são propostos dois protocolos de autenticação de usuário que permitem um nó móvel se autenticar com sua própria rede. Estas propostas foram necessárias pois a maioria dos protocolos não foram previstos para funcionar na camada de aplicativos, mas sim em outras camadas OSI, como Sessão e de Enlace. Além disso, análises de segurança são feitas usando um método formal denominado lógica BAN. Questões de desempenho são também consideradas, através de uma comparação qualitativa dos tempos de transmissão e geração de mensagens entre esses protocolos, a fim de proporcionar suas implementações em ambientes sem fio.

O protocolo TCP(Transmission Control Protocol), protocolo da camada de transporte que oferece seviço confiável, projetado para operar bem sobre redes fixas, onde perdas de pacotes ocorrem em grande parte devido a congestionamento. No entanto, redes com links sem fio sofrem perdas significantes que não estão relacionadas com as perdas devido a congestionamento, e sim devido a altas taxas de erros de bits. O protocolo TCP responde a perdas invocando algoritmos para controlar e evitar congestionamento, resultando na degradação do desempenho fim-a-fim do protocolo em meios sem fio. Nesta tese, foi feita uma avaliação do desempenho do protocolo TCP quando utilizado sobre canais de transmissão sem fio, esta análise utiliza uma faixa de probabilidades de perdas de pacotes. Nós escolhemos como solução protocolos fim-a-fim, onde o TCP esta ciente da existência do meio sem fio. Para realizar esta avaliação de desempenho utilizou-se o software de simulação OPNET Modeler v.7.0.B.

Este trabalho apresenta um estudo sobre técnicas para detecção de variações em sequências temporais de imagens de Radar de Abertura Sintética (SAR). Apresentam-se os aspectos relevantes das características de imagens SAR e do processo de interferometria. Analisa-se o Mapa Coerência entre duas imagens, salientando-se suas peculiaridades e características na detecção de variações entre duas imagens SAR. São dados exemplos de estimação de Mapas Coerência entre imagens SAR de sensores orbitais e aerotransportados. Propõe-se uma nova técnica para detecção de variações em sequências de imagens SAR baseada no conceito de entropia, da Teoria de Informação. Esta técnica gera uma Imagem Entropia que é analisada e comparada com o Mapa Coerência. Define-se também a Imagem Entropia para um número qualquer de imagens SAR. São dados exemplos de Imagens Entropia entre imagens SAR de sensores orbitais e aerotransportados. Mostra-se que a Imagem Entropia pode ser estimada com mais precisão que o Mapa Coerência quando são utilizadas pequenas janelas de estimação (poucas amostras). Utilizando-se simulações e imagens SAR reais, mostra-se que a Imagem Entropia é mais sensível que o Mapa Coerência nas regiões com altos valores de coerência. Nas simulações utiliza-se um método, também proposto neste trabalho, para geração de imagens SAR com coerência controlada. Propõe-se ainda a formação de uma imagem composta, onde utilizam-se as vantagens da Imagem Entropia e do Mapa Coerência na sua formação.

Apresenta-se um estudo sobre o uso de técnicas de processamento digital de sinais para analisar circuitos ópticos interferométricos de tipo Sagnac e Mach-Zehnder. Os circuitos ópticos investigados utilizam um modulador de fase óptica em um dos seus braços interferométricos o qual proporciona o controle de suas funções de transferências visando aplicações em giroscópio a fibra óptica, GFO, e analisador de circuitos ópticos. No caso do GFO ênfase especial é dedicada à configuração tipo malha aberta com entrada e saída comum e dois tipos de sinais moduladores foram empregados: a modulação harmônica simples e a modulação harmônica secundária. As implicações da escolha de uma destas modulações na largura de faixa do circuito de detecção óptica são investigados. Já no caso do circuito interferom''etrico baseado na configuração de tipo Mach-Zehnder o tipo de modulação empregada é a dente-de-serra uma vez que esta modulação permite realizar a supressão de uma banda espectral lateral do sinal de saída do interferômetro e conseqüentemente permite utilizar este tipo de interferômetro para caracterizar a função de transferência de um dispositivo óptico, isto é, o interferômetro desempenha a função de um analisador de circuitos ópticos. Na aplicação em GFO tem-se como objetivo determinar a variação de fase de um sinal óptico gerada por uma rotação do interferômetro com relação a um referencial inercial. A análise da fase é realizada através da aplicação do algoritmo de divisão de harmônicos ao sinal de saída do interferômetro. Os vários harmônicos necessários neste algoritmo são determinados através da transformada de Fourier do sinal de saída do interferômetro, para este efeito é utilizado o algoritmo de Goertzel. Como o cálculo dos harmônicos é realizado de forma digital o sinal de saída do interferômetro é quantizado e processado digitalmente, desta forma os erros decorrentes da quantização são analisados, utilizando a teoria estatística do processo de quantização. No caso do processamento do sinal quantizado são analisados os erros decorrentes da implementação do algoritmo de Goertzel em aritmética de ponto fixo. O desvio padrão do valor médio da fase foi analisado levando em consideração o ruído shot de natureza quântica e o ruído de quantização inerente ao processamento digital. Os resultados numéricos obtidos por simulações corfirmam que dependendo do número de bits utilizado na quantização o fator limitante na resolução de GFO será o ruído shot de natureza quântica , assim é possível obter GFO em malha aberta com desempenho comparável àquele obtido em configuração tipo malha fechada. O processamento digital também foi utilizado para analisar a amplitude e a fase do sinal óptico na saída do analisador de circuitos ópticos que emprega modulação tipo dente-de-serra. Com este tipo de modulação analisou-se também a influência do ruído shot de natureza quântica e do ruído de quantização em função do número de bits. Os resultados obtidos mostram que o erro de fase cometido utilizando 14 bits na quantização é menor a 0.0039o na fase, e menor a 0.7 10-5 na amplitude apresentando concordância satisfatória com dados disponíveis na literatura.

A caracterização do tráfego é um importante tópico de discussão nas atuais redes de alta velocidade devido ao impacto que tem sido relacionado na alocação de recursos de rede, quando espera-se uma Qualidade de Serviços (QoS Quality of Service) especificada. Este trabalho inicialmente caracteriza o tráfego Internet (IP Internet Protocol) de saída de um roteador principal, mostrando através de vários métodos estatísticos que tal tráfego possui uma forte característica auto-similar por natureza. Seguidamente, é feita uma simulação utilizando aqueles parâmetros de tráfego derivados das amostras de tráfego experimentais, para estudar o impacto do tráfego IP no desempenho do serviço de Taxa de Bit Disponível (ABR Available Bit Rate) das redes de Modo de Transferência Assíncrono (ATM Asynchronous Transfer Mode) em termos de uma das suas principais características, que relaciona a Taxa de Perda de Células (CLR Cell Loss Rate) vs. o tamanho do buffer. Mostra-se que o tráfego auto-similar demanda um tamanho de buffer maior que se um tráfego do tipo Markoviano é assumido. Os resultados mostram que para se obter uma esperada QoS mais recursos são necessários na presença da caracterização auto-similar.

Este trabalho analisa uma técnica totalmente digital para sincronização de símbolos e fase em receptores de comunicação digital. A avaliação do desempenho é feita por meio de simulações em canais invariantes no tempo. A técnica aplicada pode ser usada em receptores de estações terrenas de satélites geo-estacionários ou em receptores fixos de radio microondas com modulações complexas (MPSK ou MQAM). O sincronizador analisado apresenta estrutura "feed-forward" derivada da maximização da função de máxima verossimilhança (ML) para a classe "non-data-aided"(NDA) e a estimação de parâmetros é realizada por bloco de dados. A técnica utilizada permite que a freqüência de amostragem no receptor seja completamente descorrelacionada com a taxa de símbolos. Os resultados da simulação para avaliação de desempenho do sincronizador foram avaliados em termos da variância da estimativa comparados com o limite inferior de Cramer Rao (CRLB). A avaliação foi feita de duas formas: 1. Fixando a relação sinal ruído e variando o tamanho do bloco de dados; 2. Fixando o tamanho do bloco de dados e variando a relação sinal ruído. Os resultados das simulações demonstraram que as estimativas apresentam um comportamento assintótico em relação aos limites teóricos. Para o caso da sincronização de símbolos é necessário que seja levado em conta o efeito da discretização do tempo, devido a estrutura paralela do sincronizador. Este trabalho também apresenta resultados de desempenho global do receptor com o algoritmo de sincronização. A avaliação do desempenho é realizada em termos da probabilidade de erro na detecção dos símbolos transmitidos num canal que não apresenta interferência entre símbolos (ISI). Com as simulações dos algoritmos apresentados é possível projetar o receptor levando em consideração a sincronização dos símbolos e da fase.

Neste trabalho apresenta-se o estudo da resposta do analisador de espectro acusto-óptico para sinais pulsados, na faixa de microondas, como envoltórias arbitrárias. Através da teoria de modos acoplados determina-se o campo elétrico do feixe óptico difratado para a operação em regime de Bragg. A formulação leva em consideração a forma de onda da envoltória e a duração de cada pulso com relação à abertura temporal da célula Bragg. Utilizando-se a integral de difração de Fresnel - Kirchoff determinam-se as dependências temporal e espacial do campo difratado no plano focal de uma lente óptica. Esta distribuição, a qual é proporcional à transformada de Fourier da amostra do sinal de microondas armazenada na célula Bragg, é analisada para uma célula Bragg de fosteto de gálio (GaP), em função dos seguintes parâmetros: eficiência de difração, forma de onda da envoltória dos pulsos, durações dos pulsos com relação à abertura temporal da célula e distribuição espacial do feixe óptico incidente. O estudo da dependência da intensidade do feixe difratado com relação à potência do sinal de microondas permitiu analisar as características espectrais das componentes geradas através das intermodulações causadas por múltiplas difrações na célula Bragg. As formas de ondas das envoltórias que são investigadas, são as descritas por funções de Blackman, Bartlett e Hamming. A análise desenvolvida revela que através da escolha da forma de onda da envoltória é possível controlar algumas características da intensidade óptica no plano focal. Por exemplo, utilizando-se a envoltória de Blackman obtém-se uma redução de lóbulo lateral de até 45 dB com relação ao comportamento obtido com envoltória retangular. A resolução espectral do analisador é investigada com base no critério de Rayleigh. Resultados numéricos são apresentados para uma célula Bragg com as seguintes características: largura de faixa instantâneas de 1 GHz e 1 ms de abertura temporal. Uma geometria apropriada para a rede de fotodetectores do analisador de espectro que utiliza esta célula Bragg foi determinada levando-se em consideração este. Um resultado da relação sinal ruído do analisador de espectro foi desenvolvido levando-se em consideração os ruídos existentes nos seguintes estágios: pré-processamento eletrônico, célula Bragg e rede linear de fotodetectores posicionada no plano focal da lente de Fourier. Através desta formulação determina-se a estimação da potência espectral que pode ser obtida quando se utiliza um analisador de espectro acusto-óptico. As formas de ondas das tensões nos fotodetectores em função das características dos pulsos de microondas foram determinadas através de uma formulação generalizada apresentada. Esta formulação constitui a parte original deste trabalho de tese.

Neste trabalho estuda-se a idéia de utilizar a lógica fuzzy no controle de tráfego gerado pelo serviço ABR (Available Bit Rate), proposto pelo Forum ATM. Neste tipo de controle, uma taxa explícita é calculada pelo comutador ATM e enviada de volta para a fonte através das células RM (Resource Management). Este cálculo é baseado na ocupação do fubber e no crescimento dessa ocupação utilizando um conjunto de regras lingüísticas. Utiliza-se um simulador de rede para implementar o algoritmo e são feitas várias séries de simulações. O algoritmo fuzzy apresenta melhor desempenho em relação ao tempo de transferência das células entre a fonte e o destino a partir de um determinado tamanho de buffer.

Nesta tese é apresentado um método de simulação e testes práticos em plataforma de Rádio Definido por Software (RDS) para a avaliação de desempenho de transmissão de imagens multiespectrais coletadas pelo Satélite CBERS-2B. Foram avaliadas duas variantes de sistemas de comunicação de satélite: sistema sem codificação e sistema com codificação de fonte e canal. Os sistemas codificados seguem as recomendações espaciais definidas pelo CCSDS (Consultive Committee for Space Data Systems) para codificação de fonte e canal, sendo que, para a codificação de fonte, o algoritmo de compressão CCSDS-IDC foi aplicado nos modos de compressão com perdas e sem perdas e, para a proteção de canal foi aplicado o código convolucional básico de taxa 1/2 e comprimento 7 com decodificação por Viterbi. A partir de resultados teóricos, os sistemas implementados foram validados e comparados entre si através do desempenho de taxa de erros e qualidade da imagem recuperada para um nível especificado de relação sinal/ruído (SNR). Nos testes em canal real, a relação sinal/ruído foi ajustada através de estimação no receptor para alcançar a mesma relação aplicada nas simulações. Como resultados, foram observados os ganhos em desempenho para os sistemas codificados e a aproximação entre os modelos de simulação e práticos, permitindo a aplicação em testes de sistemas de sensoriamento remoto reais.

Motivado pelos avanços tecnológicos dos instrumentos de sensoriamento remoto o que, por sua vez, implica a necessidade de compressores de imagens embarcados em satélites e motivado também pela tendência ao uso de dispositivos comerciais (COTS) em aplicações espaciais, este trabalho propõe uma solução completa em hardware para compressão de imagens de sensoriamento remoto. Como requisitos, considera-se um nível de compressão mínimo é quatro vezes (4:1), com qualidade melhor do que 50 dB e taxa de processamento acima de 5 Mpixel/s. Como solução para compressão, optou-se pelo padrão JPEG-LS, de baixa complexidade, com a adição de recursos de mitigação de erros provocados pelos efeitos da radiação espacial em órbitas baixas, visando sua implementação em dispositivos lógicos programáveis (FPGA) COTS. A susceptibilidade do compressor JPEG-LS, com e sem adição de métodos clássicos de mitigação de erros, como a redundância modular tripla (TMR) e a codificação Hamming, é avaliada utilizando-se um esquema de injeção aleatória de eventos singulares, transitórios (SET) e comutação de bit (SEU), para levantamento de taxas relativas de erros, por simulação, e do respectivo impacto em área, por síntese. Para simular os efeitos da radiação no espaço, emprega-se um modelo com uma distribuição gaussiana de incidência de eventos de duração fixa, menor do que o período de clock, e com uma distribuição uniforme para seleção do sinal e do respectivo bit afetado. Ao longo da simulação, a contagem de erros é efetuada através da comparação dos dados gerados com um padrão de referência, sem erros. O método para avaliação de susceptibilidade proposto possibilita, através de rápidas iterações entre simulação e síntese, a obtenção de informações relevantes que permitem estimar a relação custo-benefício referente à adição de diferentes medidas de mitigação. A solução completa abrange o empacotamento dos dados resultantes da compressão, considerando tópicos como armazenamento temporário e controle da taxa de compressão, para acomodar flutuações na taxa de dados; multiplexação dos dados de diferentes bandas espectrais; formatação dos blocos de dados; e adição de codificação Reed-Solomon, para mitigar erros relativos ao enlace de transmissão. Dentre as contribuições do trabalho destaca-se: a avaliação de um compressor de imagens implementado em hardware com resultados que excedem os requisitos de projeto; a proposta de um método de avaliação de susceptibilidade que se diferencia pela injeção de SETs, pelo levantamento de taxas de erros e pelo tempo relativamente rápido de execução; uma estimativa melhor do que 100 vezes para redução na susceptibilidade do algoritmo de compressão com adição de mitigação de erros, obtida com o emprego do método proposto; e uma avaliação em hardware dos princípios envolvidos na concepção da solução completa, com resultados positivos.