Cyber-Physical Systems (CPS) have become one of the greatest research topics today; because they pose a new complex discipline, which addresses big existing and future systems as the Internet, the Internet of Things, sensors networks and smart grids. As a recent discipline, there are many possibilities to improve the state of the art, interoperability being one of the most relevant. Thus, this thesis has been created within the framework of interoperability for CPS, by using the SOS (Sensor Observation Service) standard, which belongs to the SWE (Sensor Web Enablement) framework of the OGC (Open Geospatial Consortium). It has been developed to give rise to a new line of research within the Distributed Real-Time Systems and Applications group (SATRD for its acronym in Spanish) from the Communications Department of the Polytechnic University of Valencia (UPV for its acronym in Valencian). The approach, with which the interoperability in the CPS has been addressed, is of synthetic type (from parts to whole), starting from a verifiable and workable solution for interoperability in sensor networks, one of the most significant CPSs because it is integrated in many other CPSs, next adapting and testing the solution in more complex CPS, such as the Internet of Things. In this way, an interoperability solution in sensor networks is proposed based on the SOS, but adapted to some requirements that makes of this mechanism a lighter version of the standard, which facilitates the deployment of future implementations due to the possibility of using limited devices for this purpose. This theoretical solution is brought to a first implementation, called SOSLite, which is tested to determine its characteristic behavior and to verify the fulfillment of its purpose. Analogously, and starting from the same theoretical solution, a second implementation is projected called SOSFul, which proposes an update to the SOS standard so that it is lighter, more efficient and easier to use. The SOSFul, has a more ambitious projection by addressing the Internet of Things, a more complex CPS than sensors networks. As in the case of the SOSLite, tests are performed and validation is made through a use case. So, both the SOSLite and the SOSFul are projected as interoperability solutions in the CPS. Both implementations are based on the theoretical proposal of a light SOS and are available for free and under open source licensing so that it can be used by the research community to continue its development and increase its use. / Los Sistemas Ciber-Físicos (CPS) se han convertido en uno de los temas de investigación con mayor proyección en la actualidad; debido a que plantean una nueva disciplina compleja, que aborda sistemas existentes y futuros de gran auge como: la Internet, la Internet de las Cosas, las redes de sensores y las redes eléctricas inteligentes. Como disciplina en gestación, existen muchas posibilidades para aportar al estado del arte, siendo la interoperabilidad uno de los más relevantes. Así, esta tesis se ha creado en el marco de la interoperabilidad para los CPS, mediante la utilización del estándar SOS (Sensor Observation Service) perteneciente al marco de trabajo SWE (Sensor Web Enablement) del OGC (Open Geospatial Consortium). Se ha desarrollado para dar surgimiento a una nueva línea de investigación dentro del grupo SATRD (Sistemas y Aplicaciones de Tiempo Real Distribuidos) del Departamento de Comunicaciones de la UPV (Universitat Politècnica de València). La aproximación con la cual se ha abordado la interoperabilidad en los CPS es de tipo sintética (pasar de las partes al todo), iniciando desde una solución, verificable y realizable, para la interoperabilidad en las redes de sensores, uno de los CPS más significativos debido a que se integra en muchos otros CPS, y pasando a adaptar y comprobar dicha solución en CPS de mayor complejidad, como la Internet de las Cosas. De esta forma, se propone una solución de interoperabilidad en las redes de sensores fundamentada en el SOS, pero adaptada a unos requerimientos que hacen de este mecanismo una versión más ligera del estándar, con lo que se facilita el despliegue de futuras implementaciones debido a la posibilidad de emplear dispositivos limitados para tal fin. Dicha solución teórica, se lleva a una primera implementación, denominada SOSLite, la cual se prueba para determinar su comportamiento característico y verificar el cumplimiento de su propósito. De forma análoga y partiendo de la misma solución teórica, se proyecta una segunda implementación, llamada SOSFul, la cual propone una actualización del estándar SOS de forma que sea más ligero, eficiente y fácil de emplear. El SOSFul, tiene una proyección más ambiciosa al abordar la Internet de las Cosas, un CPS más complejo que las redes de sensores. Como en el caso del SOSLite, se realizan pruebas y se valida mediante un caso de uso. Así, tanto el SOSLite como el SOSFul se proyectan como soluciones de interoperabilidad en los CPS. Ambas implementaciones parten de la propuesta teórica de SOS ligero y se encuentran disponibles de forma gratuita y bajo código libre, para ser empleados por la comunidad investigativa para continuar su desarrollo y aumentar su uso. / Els sistemes ciberfísics (CPS, Cyber-Physical Systems) s'han convertit en un dels temes de recerca amb major projecció en l'actualitat, a causa del fet que plantegen una nova disciplina complexa que aborda sistemes existents i futurs de gran auge, com ara: la Internet, la Internet de les Coses, les xarxes de sensors i les xarxes elèctriques intel·ligents. Com a disciplina en gestació, hi ha moltes possibilitats per a aportar a l'estat de la qüestió, sent la interoperabilitat una de les més rellevants. Així, aquesta tesi s'ha creat en el marc de la interoperabilitat per als CPS, mitjançant la utilització de l'estàndard SOS (Sensor Observation Service) pertanyent al marc de treball SWE (Sensor Web Enablement) de l'OGC (Open Geospatial Consortium). S'ha desenvolupat per a iniciar una nova línia de recerca dins del Grup de SATRD (Sistemes i Aplicacions de Temps Real Distribuïts) del Departament de Comunicacions de la UPV (Universitat Politècnica de València). L'aproximació amb la qual s'ha abordat la interoperabilitat en els CPS és de tipus sintètic (passar de les parts al tot), iniciant des d'una solució, verificable i realitzable, per a la interoperabilitat en les xarxes de sensors, un dels CPS més significatius pel fet que s'integra en molts altres CPS, i passant a adaptar i comprovar aquesta solució en CPS de major complexitat, com la Internet de les Coses. D'aquesta forma, es proposa una solució d'interoperabilitat en les xarxes de sensors fonamentada en el SOS, però adaptada a uns requeriments que fan d'aquest mecanisme una versió més lleugera de l'estàndard, amb la qual cosa es facilita el desplegament de futures implementacions per la possibilitat d'emprar dispositius limitats a aquest fi. Aquesta solució teòrica es porta a una primera implementació, denominada SOSLite, que es prova per a determinar el seu comportament característic i verificar el compliment del seu propòsit. De forma anàloga i partint de la mateixa solució teòrica, es projecta una segona implementació, anomenada SOSFul, que proposa una actualització de l'estàndard SOS de manera que siga més lleuger, eficient i fàcil d'emprar. El SOSFul té una projecció més ambiciosa quan aborda la Internet de les Coses, un CPS més complex que les xarxes de sensors. Com en el cas del SOSLite, es realitzen proves i es valida mitjançant un cas d'ús. Així, tant el SOSLite com el SOSFul, es projecten com a solucions d'interoperabilitat en els CPS. Ambdues implementacions parteixen de la proposta teòrica de SOS lleuger, i es troben disponibles de forma gratuïta i en codi lliure per a ser emprades per la comunitat investigadora a fi de continuar el seu desenvolupament i augmentar-ne l'ús. / Pradilla Ceron, JV. (2016). SOSLite: Soporte para Sistemas Ciber-Físicos y Computación en la Nube [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/76808

This thesis dissertation addresses the problem of energy constraints in ad hoc wireless networks. In this sort of networks nodes are generally powered by means of batteries, which involves significant limitations regarding the time of operation of devices. The nodes whose battery level describes important energy depletion represent potential elements for loss of connectivity, which results in an increase of packet loss rate. Therefore, the management of energy expenditure is one of the main research challenges to face in ad hoc networks, especially when developing applications in real scenarios. However, energy management is not a trivial task due to the inherent features of this kind of networks, such as the distributed operation as well as the access medium mechanism. In that sense, traditional solutions of energy optimization based on the definition of power-saving intervals (sleep mode) are not suitable considering the operational characteristics of an ad hoc network, due to the substantial deterioration of network connectivity. In addition, the exponential growth of applications focused on the transmission of multimedia contents (especially video) available on mobile devices involves specific quality of service levels. Consequently, the design of solutions for the optimization of energy resources should be carried out without degrading the Quality of Experience perceived by the users. The contributions of this thesis are focused, in the first place, on the analysis of those factors which generate an increase of the energy consumption in the wireless medium and are related to the principle of operation of the radio interface. In particular, the intense operation in reception mode on the interference areas, as a result of the overhearing effect, as well as the high number of transmission retries due to channel access contention, are defined as the main aspects that increase energy demand in the network. On the other hand, with the aim of optimizing energy resources in the nodes without causing damage on the Quality of Service, this thesis proposes meaningful improvements to the routing protocol by means of a cross-layer scheme. Specifically, the designed mechanism carries out an evaluation of both the energy capacity available in the nodes and the distribution of devices along the wireless medium. To that end, this proposal introduces a new metric in the routing computation process, called strategic value, which reports the importance of a node in the network in terms of connectivity (i.e. number of neighbor nodes). This scheme aims to reduce the energy expenditure caused by the overhearing effect along the areas with higher node density as well as to extend the lifetime for those nodes with higher number of neighbors which are strategic to preserve network connectivity. Additionally, considering the current pragmatic approach in ad hoc networks focused on the design of specific applications, the evaluation hereby presented has been performed by means of a simulation environment and also through the implementation of a testbed. Specifically, the operation of the proposed scheme has been analyzed on a set of ad hoc nodes which has been implemented through development platforms. Also, a software tool has been developed in order to control and configure the experiments. Results prove that the proposal allows to extend the lifetime of the network as well as to increase packet reception rate as a consequence of the prevention in the route breakages due to energy depletion. Finally, it is worth mentioning that the knowledge acquired by the design, configuration and analysis of experiments by means of hardware devices, has motivated the development of proposals and application studies of ad hoc networks in real environments, which represent an additional contribution of this thesis dissertation. / El presente trabajo de tesis doctoral aborda la problemática de las limitaciones de energía en redes inalámbricas ad hoc. En este tipo de redes, los nodos generalmente emplean baterías como fuente de alimentación, lo que limita de forma dramática la autonomía de funcionamiento. Los nodos con mayor agotamiento de energía constituyen potenciales elementos para la pérdida de conectividad parcial o total de la red ocasionando el incremento de la pérdida de paquetes. Por tanto, la gestión eficiente del gasto es uno de los principales desafíos a enfrentar en el ámbito de investigación de redes ad hoc, en especial para el desarrollo de aplicaciones en escenarios reales de operación. Sin embargo, dicha gestión no es una tarea trivial debido a las características inherentes de este tipo de redes, como por ejemplo la operación distribuida, así como el acceso compartido al medio inalámbrico. En tal sentido, los mecanismos usuales de optimización del gasto de energía basados en el establecimiento de períodos de bajo consumo (modo sleep), no se ajustan a las características operativas de una red ad hoc, debido al impacto notable que ocasionan sobre la conectividad en la red. Además, el crecimiento significativo de las aplicaciones y servicios de distribución de contenidos multimedia, especialmente tráfico de vídeo, demandan niveles específicos de calidad de servicio. Por consiguiente, el diseño de soluciones de optimización de los recursos de energía disponible en los nodos no debe implicar la degradación de la calidad de experiencia percibida por los usuarios finales. Las contribuciones del trabajo de tesis se centran, en primer lugar, en el análisis de los factores que incrementan el gasto de energía en el medio inalámbrico y que están relacionados con el principio de operación de la interfaz de radio. En particular, el incremento dramático del funcionamiento en modo recepción ocasionado sobre las zonas de interferencia por el efecto overhearing así como el mayor número de intentos de transmisión debido a la contienda por el acceso al canal, se definen como las principales causas que incrementan la demanda de energía en la red. Por otra parte, con el objetivo de optimizar los recursos de energía disponibles en los nodos sin ocasionar un perjuicio sobre la calidad de servicio, en el presente trabajo de tesis se proponen mejoras al protocolo de encaminamiento mediante un esquema cross-layer. En concreto, el mecanismo diseñado realiza una evaluación de la capacidad de energía disponible en los nodos, así como de la distribución de los dispositivos en el medio inalámbrico. Con tal fin, la propuesta introduce en el cómputo de enrutamiento una métrica nueva denominada valor estratégico, la cual reporta la importancia de un nodo en la red en términos de conectividad (número de dispositivos vecinos). El esquema apunta a reducir el gasto de energía ocasionado por el efecto overhearing en las zonas con mayor densidad de dispositivos, así como extender la autonomía de operación sobre aquellos nodos con mayor número de vecinos, que resultan estratégicos para conservar la conectividad en la red. Además, de forma consecuente con el actual enfoque pragmático en redes ad hoc orientado al diseño de soluciones para escenarios específicos de aplicación, la evaluación de la propuesta se ha realizado tanto en un entorno de simulación, así como mediante la implementación de un testbed. Específicamente, se ha analizado la operación del mecanismo de enrutamiento propuesto sobre un conjunto de nodos ad hoc implementados mediante plataformas de desarrollo. Adicionalmente, se ha desarrollado una herramienta para el control y configuración de los experimentos. Los resultados demuestran que la propuesta permite extender el tiempo de operación de la red, así como incrementar la tasa de paquetes en recepción como consecuencia de la prevención en la ruptura de los enlaces por agotamiento / El present treball de tesi doctoral aborda la problemàtica de les limitacions d'energia en xarxes sense fil ad hoc. En este tipus de xarxes, els nodes generalment empren bateries com a font d'alimentació, la qual cosa limita de forma dramàtica l'autonomia de funcionament. Els nodes amb major esgotament d'energia constituïxen potencials elements per a la pèrdua de connectivitat parcial o total de la xarxa, ocasionant l'increment de la pèrdua de paquets. Per tant, la gestió eficient de la despesa és un dels principals desafiaments a enfrontar en l'àmbit d'investigació de xarxes ad hoc, en especial per al desenvolupament d'aplicacions en escenaris reals d'operació. No obstant això, aquesta gestió no és una tasca trivial a causa de les característiques inherents d'este tipus de xarxes, com per exemple l'operació distribuïda així com l'accés compartit al mitjà sense fil. En este sentit, els mecanismes usuals d'optimització de la despesa d'energia basats en l'establiment de períodes de baix consum (mode sleep), no s'ajusten a les característiques operatives d'una xarxa ad hoc, a causa de l'impacte notable que ocasionen sobre la connectivitat a la xarxa. A més, el creixement significatiu de les aplicacions i serveis de distribució de continguts multimèdia, especialment tràfic de vídeo, demanden nivells específics de qualitat de servei. Per tant, el disseny de solucions d'optimització dels recursos d'energia disponible en els nodes no ha d'implicar la degradació de la qualitat d'experiència percebuda pels usuaris finals. Les contribucions del treball de tesi se centren, en primer lloc, en l'anàlisi dels factors que incrementen la despesa d'energia en el mitjà sense fil i que estan relacionats amb el principi d'operació de la interfície de ràdio. En particular, l'increment dramàtic del funcionament en mode recepció, ocasionat sobre les zones d'interferència per l'efecte overhearing, així com el major nombre d'intents de transmissió a causa de la contesa per l'accés al canal, es definixen com les principals causes que incrementen la demanda d'energia a la xarxa. D'altra banda, amb l'objectiu d'optimitzar els recursos d'energia disponibles en els nodes sense ocasionar un perjudici sobre la qualitat de servici, en el present treball de tesi es proposen millores al protocol d'encaminament mitjançant un esquema cross-layer. En concret, el mecanisme dissenyat realitza una avaluació de la capacitat d'energia disponible en els nodes així com de la distribució dels dispositius en el mitjà sense fil. Amb tal fi, la proposta introduïx en el còmput d'encaminament una nova mètrica denominada valor estratègic, la qual reporta la importància d'un node en la xarxa en termes de connectivitat (nombre de dispositius veïns). L'esquema reduix la despesa ocasionada per l'efecte overhearing a les zones amb major densitat de dispositius i estén l'autonomia d'operació sobre aquells nodes amb major nombre de veïns, que resulten estratègics per conservar la connectivitat a la xarxa. A més, de forma conseqüent amb l'actual enfocament pragmàtic en xarxes ad hoc orientat al disseny de solucions per a escenaris específics d'aplicació, l'avaluació de la proposta s'ha realitzat tant en un entorn de simulació així com per mitjà de la implementació d'un testbed. Específicament, s'ha analitzat l'operació del mecanisme d'encaminament proposat sobre un conjunt de nodes ad hoc implementats mitjançant plataformes de desenvolupament. Addicionalment, s'ha desenvolupat una eina per al control i configuració dels experiments. Els resultats demostren que la proposta permet estendre el temps d'operació de la xarxa així com incrementar la taxa de paquets en recepció com a conseqüència de la prevenció en la ruptura dels enllaços per esgotament d'energia. / González Martínez, SR. (2017). Diseño de un Esquema Cross-Layer para el Balance entre Eficiencia Energética y Calidad de Servicio en la Transmisión de Tráfico Multimedia en Redes Ad-Hoc [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/84284

[EN] This dissertation addresses the problem of multimedia delivery over multi-hop ad hoc wireless networks, and especially over wireless sensor networks. Due to their characteristics of low power consumption, low processing capacity and low memory capacity, they have major difficulties in achieving optimal quality levels demanded by end users in such communications. In the first part of this work, it has been carried out a study to determine the behavior of a variety of multimedia streams and how they are affected by the network conditions when they are transmitted over topologies formed by devices of different technologies in multi hop wireless ad hoc mode. To achieve this goal, we have performed experimental tests using a test bench, which combine the main codecs used in audio and video streaming over IP networks with different sound and video captures representing the characteristic patterns of multimedia services such as phone calls, video communications, IPTV and video on demand (VOD). With the information gathered in the laboratory, we have been able to establish the correlation between the induced changes in the physical and logical topology and the network parameters that measure the quality of service (QoS) of a multimedia transmission, such as latency, jitter or packet loss. At this stage of the investigation, a study was performed to determine the state of the art of the proposed protocols, algorithms, and practical implementations that have been explicitly developed to optimize the multimedia transmission over wireless ad hoc networks, especially in ad hoc networks using clusters of nodes distributed over a geographic area and wireless sensor networks. Next step of this research was the development of an algorithm focused on the logical organization of clusters formed by nodes capable of adapting to the circumstances of real-time traffic. The stated goal was to achieve the maximum utilization of the resources offered by the set of nodes that forms the network, allowing simultaneously sending reliably and efficiently all types of content through them, and mixing conventional IP data traffic with multimedia traffic with stringent QoS and QoE requirements. Using the information gathered in the previous phase, we have developed a network architecture that improves overall network performance and multimedia streaming. In parallel, it has been designed and programmed a communication protocol that allows implementing the proposal and testing its operation on real network infrastructures. In the last phase of this thesis we have focused our work on sending multimedia in wireless sensor networks (WSN). Based on the above results, we have adapted both the architecture and the communication protocol for this particular type of network, whose use has been growing hugely in recent years. / [ES] Esta tesis doctoral aborda el problema de la distribución de contenidos multimedia a través de redes inalámbricas ad hoc multisalto, especialmente las redes inalámbricas de sensores que, debido a sus características de bajo consumo energético, baja capacidad de procesamiento y baja capacidad de memoria, plantean grandes dificultades para alcanzar los niveles de calidad óptimos que exigen los usuarios finales en dicho tipo de comunicaciones. En la primera parte de este trabajo se ha llevado a cabo un estudio para determinar el comportamiento de una gran variedad de flujos multimedia y como se ven afectados por las condiciones de la red cuando son transmitidos a través topologías formadas por dispositivos de diferentes tecnologías que se comunican en modo ad hoc multisalto inalámbrico. Para ello, se han realizado pruebas experimentales sobre una maqueta de laboratorio, combinando los principales códecs empleados en la transmisión de audio y video a través de redes IP con diversas capturas de sonido y video que representan patrones característicos de servicios multimedia tales como las llamadas telefónicas, videoconferencias, IPTV o video bajo demanda (VOD). Con la información reunida en el laboratorio se ha podido establecer la correlación entre los cambios inducidos en la topología física y lógica de la red con los parámetros que miden la calidad de servicio (QoS) de una transmisión multimedia, tales como la latencia el jitter o la pérdida de paquetes. En esta fase de la investigación se realiza un estudio para determinar el estado del arte de las propuestas de desarrollo e implementación de protocolos y algoritmos que se han generado de forma explícita para optimizar la transmisión de tráfico multimedia sobre redes ad hoc inalámbricas, especialmente en las redes inalámbricas de sensores y redes ad hoc utilizando clústeres de nodos distribuidos en un espacio geográfico. El siguiente paso en la investigación ha consistido en el desarrollo de un algoritmo propio para la organización lógica de clústeres formados por nodos capaces de adaptarse a las circunstancias del tráfico en tiempo real. El objetivo planteado es conseguir un aprovechamiento máximo de los recursos ofrecidos por el conjunto de nodos que forman la red, permitiendo de forma simultánea el envío de todo tipo de contenidos a través de ellos de forma confiable y eficiente, permitiendo la convivencia de tráfico de datos IP convencional con tráfico multimedia con requisitos exigentes de QoS y QoE. A partir de la información conseguida en la fase anterior, se ha desarrollado una arquitectura de red que mejora el rendimiento general de la red y el de las transmisiones multimedia de audio y video en particular. De forma paralela, se ha diseñado y programado un protocolo de comunicación que permite implementar el modelo y testear su funcionamiento sobre infraestructuras de red reales. En la última fase de esta tesis se ha dirigido la atención hacia la transmisión multimedia en las redes de sensores inalámbricos (WSN). Partiendo de los resultados anteriores, se ha adaptado tanto la arquitectura como el protocolo de comunicaciones para este tipo concreto de red, cuyo uso se ha extendido en los últimos años de forma considerable / [CA] Esta tesi doctoral aborda el problema de la distribució de continguts multimèdia a través de xarxes sense fil ad hoc multi salt, especialment les xarxes sense fil de sensors que, a causa de les seues característiques de baix consum energètic, baixa capacitat de processament i baixa capacitat de memòria, plantegen grans dificultats per a aconseguir els nivells de qualitat òptims que exigixen els usuaris finals en eixos tipus de comunicacions. En la primera part d'este treball s'ha dut a terme un estudi per a determinar el comportament d'una gran varietat de fluxos multimèdia i com es veuen afectats per les condicions de la xarxa quan són transmesos a través topologies formades per dispositius de diferents tecnologies que es comuniquen en mode ad hoc multi salt sense fil. Per a això, s'han realitzat proves experimentals sobre una maqueta de laboratori, combinant els principals códecs empleats en la transmissió d'àudio i vídeo a través de xarxes IP amb diverses captures de so i vídeo que representen patrons característics de serveis multimèdia com son les cridades telefòniques, videoconferències, IPTV o vídeo baix demanda (VOD). Amb la informació reunida en el laboratori s'ha pogut establir la correlació entre els canvis induïts en la topologia física i lògica de la xarxa amb els paràmetres que mesuren la qualitat de servei (QoS) d'una transmissió multimèdia, com la latència el jitter o la pèrdua de paquets. En esta fase de la investigació es realitza un estudi per a determinar l'estat de l'art de les propostes de desenvolupament i implementació de protocols i algoritmes que s'han generat de forma explícita per a optimitzar la transmissió de tràfic multimèdia sobre xarxes ad hoc sense fil, especialment en les xarxes sense fil de sensors and xarxes ad hoc utilitzant clusters de nodes distribuïts en un espai geogràfic. El següent pas en la investigació ha consistit en el desenvolupament d'un algoritme propi per a l'organització lògica de clusters formats per nodes capaços d'adaptar-se a les circumstàncies del tràfic en temps real. L'objectiu plantejat és aconseguir un aprofitament màxim dels recursos oferits pel conjunt de nodes que formen la xarxa, permetent de forma simultània l'enviament de qualsevol tipus de continguts a través d'ells de forma confiable i eficient, permetent la convivència de tràfic de dades IP convencional amb tràfic multimèdia amb requisits exigents de QoS i QoE. A partir de la informació aconseguida en la fase anterior, s'ha desenvolupat una arquitectura de xarxa que millora el rendiment general de la xarxa i el de les transmissions multimèdia d'àudio i vídeo en particular. De forma paral¿lela, s'ha dissenyat i programat un protocol de comunicació que permet implementar el model i testejar el seu funcionament sobre infraestructures de xarxa reals. En l'última fase d'esta tesi s'ha dirigit l'atenció cap a la transmissió multimèdia en les xarxes de sensors sense fil (WSN). Partint dels resultats anteriors, s'ha adaptat tant l'arquitectura com el protocol de comunicacions per a aquest tipus concret de xarxa, l'ús del qual s'ha estés en els últims anys de forma considerable. / Díaz Santos, JR. (2016). Design and Implementation of a Communication Protocol to Improve Multimedia QoS and QoE in Wireless Ad Hoc Networks [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62162

Debido al gran desarrollo de la World Wide Web, tanto en cantidad de contenidos y nodos como en velocidades de acceso, aparecen por parte de la comunidad científico-técnica propuestas de utilización de la misma con objetivos más ambiciosos que la mera descarga de ficheros para ser presentados al usuario. Con esa finalidad se desarrolla la Web Semántica, sistema que pretende introducir información entendible por Agentes Inteligentes, permitiendo de este modo que estos Agentes puedan aumentar sus bases de conocimiento y realizar inferencias que faciliten procesos realizados actualmente de forma manual por los usuarios. De esta forma surgen los lenguajes ontológicos para la web, y en concreto el lenguaje recomendado por la World Wide Web Consortium (W3C) denominado Web Ontology Language (OWL), así como razonadores relacionados como FACT++, Racer y Pellet. Además, con el objetivo de aprovechar el potencial de la web, se han ido generando gran cantidad de contenidos educativos, que debido a los altos costes de producción generan una necesidad de potenciar la reutilización de dichos contenidos. Aparece en este caso el concepto de objeto educativo, que es susceptible de ser reaprovechado para otras experiencias de aprendizaje, con alguna modificación o sin modificación alguna, generando la denominada interoperabilidad de objetos educativos. El presente trabajo pretende potenciar esta interoperabilidad de objetos educativos. Para ello se especifica una ontología completa para teleeducación, basada en la lógica descriptiva y desarrollada en el lenguaje OWL, para que pueda ser utilizada por medio de la Web Semántica. Se estudian, desarrollan e implementan dentro de esta ontología conceptos relacionados con la interacción de los distintos agentes que intervienen en una experiencia de aprendizaje a través de la web. La ontología presentada va además acompañada de una especificación de arquitectura de pares o Peer to Peer (P2P) basada en las arquitecturas de tablas de búsqueda distribuidas (DHTs), que denominaremos DHT Semántica. La DHT Semántica está diseñada para permitir la explotación por parte de Agentes Inteligentes de la ontología especificada, con una alta tolerancia a fallos en nodos de la arquitectura. Estos Agentes asisten en la búsqueda de objetos educativos más allá de la búsqueda por palabras claves. Finalmente, tanto la ontología como la arquitectura se validan utilizando un conjunto de experiencias educativas on-line reales. / Romero Llop, R. (2007). Especificación OWL de una ontología para teleeducación en WEB semántica [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1828

Esta tesis estudia la distribución de ficheros en redes inalámbricas, analizando diferentes mecanismos que permiten optimizar la transmisión en términos de ancho de banda y calidad de experiencia. Concretamente, la tesis se centra en la transmisión de ficheros en canales multicast. Dicha transmisión resulta adecuada en ciertos entornos y tiene múltiples aplicaciones, algunas de las cuales se presentan en este trabajo. La tesis analiza en profundidad FLUTE (File Delivery over Unidirectional Transport), un protocolo para el envío fiable de ficheros en canales unidireccionales, y presenta algunas propuestas para mejorar la transmisión a través de dicho protocolo. En este sentido, una de las bases de este protocolo es el uso de un mecanismo llamado Tabla de Envío de Ficheros (FDT), que se utiliza para describir los contenidos transmitidos. Este trabajo analiza cómo la transmisión de la FDT afecta al funcionamiento del protocolo FLUTE, y proporciona una metodología para optimizar el envío de contenido mediante FLUTE. Por otro lado, en la transmisión de ficheros por multicast resulta esencial ofrecer un servicio fiable. Entre los distintos mecanismos utilizados por FLUTE para ofrecer fiabilidad, este trabajo analiza principalmente los códigos de corrección AL-FEC (Application Layer ¿ Forward Error Correction), los cuales añaden redundancia a la transmisión para minimizar los efectos de las pérdidas en el canal. Al respecto, esta tesis evalúa los códigos LDPC Staircase y LDPC Triangle, comparando su funcionamiento bajo diferentes condiciones de transmisión. Además, en el caso de tener un canal de retorno, una de las principales contribuciones de esta tesis es la propuesta de códigos LDPC adaptativos para servicios de descarga de ficheros. En esta clase de códigos, el servidor de contenidos cambia dinámicamente la cantidad de protección FEC proporcionada en función de las pérdidas que detectan los usuarios. La evaluación demuestra el buen funcionamiento de estos códigos en distintos entornos. / De Fez Lava, I. (2014). Evaluation of a content download service based on FLUTE and LDPC for improving the Quality of Experience over multicast wireless networks [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/37051 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

[EN] Nowadays there are many works which analyze and seek to improve the performance of Wireless Local Area Networks (WLANs) from different perspectives. A great deal of them is focused on design aspects, such as frequency distribution or channel assignment. Therefore, as these features have already been widely studied, my efforts have been directed to study other conditions that also could affect their performance and that have not been analyzed in depth yet. The main goal of this Ph.D. dissertation has been to perform a detailed study that researches the weather's impact on the performance of WLANs IEEE 802.11b/g. Two different WLAN scenarios have been analyzed to validate the results and to find precise relations. From conclusions of these previous analysis, the second objective has been to design a cognitive protocol that based on weather conditions and network performance parameters, allows networks to adjust their transmission features in order to overcome such impact. In order to conduct this study, firstly it was necessary to study which statistical methods could be used to extract the level of correlation between performance parameters of networks and weather conditions running at the same time. Secondly, I had to know which performance parameters the outdoor WLAN of Universitat Politècnica de València (UPV) could provide, and select them according to my objective. Then, I defined the period of time in which these parameters were gathered periodically. The next step was to select and collect the weather conditions from a close weather station during the same period of time. Finally, I had to perform a detailed pre-processing to put all of the volume of data in order and data were statistically analyzed. Results were successful; however there were several problems due to the variability derived from a real WLAN scenario. Therefore, an experimental setup was required in order to check the obtained results. It entailed to design and to develop an outdoor point-to-multipoint IEEE 802.11b/g link and to analyze again the weather's impact. Multiple points were considered in order to take into account different distances in the performed evaluation and to examine the behavior of different modulation schemes working under the same weather conditions. From these results, a cognitive algorithm was designed in order to reduce the weather's impact on IEEE 802.11b/g networks. One key aspect was to ensure it was energy efficient. This protocol was simulated and the obtained results were satisfactory in terms of both energy efficiency and network performance. To conclude, other external factor to WLANs studied in this Ph.D thesis has been the specific absorption rate. It deals with a current public health worry because it is used to measure the body tissue exposure to electromagnetic fields. Obviously, signal absorption by human bodies affects to the performance of WLANs and so, this parameter should be also taken into account when deploying efficient networks. For this reason, this study has been also included in this thesis. / [ES] Hoy en día existen muchos trabajos que analizan e intentan mejorar el rendimiento de las redes de área local inalámbricas desde diferentes perspectivas. Gran parte de estos trabajos se centran en aspectos de diseño, como son la distribución de frecuencias o la asignación de canales. Por lo tanto, como estos aspectos ya han sido ampliamente estudiados, los esfuerzos de esta tesis se han dirigido a estudiar otros factores que también podrían afectar a su rendimiento y que no han sido analizadas en profundidad todavía. El objetivo principal de esta tesis doctoral ha sido realizar un estudio detallado que analice el impacto de las condiciones meteorológicas sobre el rendimiento de las redes IEEE 802.11b/g. Para realizar este estudio, se han analizado dos escenarios reales con el fin de verificar los resultados y encontrar relaciones precisas. A partir de las conclusiones de estos análisis previos, el segundo objetivo ha sido diseñar un algoritmo cognitivo que, en base a las condiciones meteorológicas y a los parámetros de rendimiento de red, permita a las redes ajustar sus características de transmisión con el fin de superar tal impacto. Con el fin de llevar a cabo este estudio, primero fue necesario estudiar qué métodos estadísticos podían ser utilizados para extraer el nivel de correlación entre los parámetros de rendimiento de las redes y las condiciones meteorológicas del entorno. En segundo lugar, se tuvo que analizar qué parámetros de rendimiento de red se podían extraer de la red exterior de la UPV y seleccionarlos de acuerdo con el objetivo perseguido. A continuación, se definió el periodo de tiempo durante el cual se almacenarían los parámetros seleccionados de forma periódica. El siguiente paso fue seleccionar y almacenar las condiciones meteorológicas de una estación cercana durante el mismo periodo de tiempo. Finalmente, se realizó un preprocesado detallado con el fin de poner en orden todo el volumen de datos y se analizaron estadísticamente. Los resultados fueron exitosos, sin embargo aparecieron varios problemas por el hecho de estudiar una red real muy variable. Por lo tanto, se tuvo que desarrollar un escenario experimental con el fin de verificar los resultados. Para ello se diseñó y desarrolló un enlace exterior IEEE 802.11b/g punto a multipunto, y se analizó de nuevo el impacto de las condiciones meteorológicas. Se consideró un enlace multipunto para analizar también cómo influía el impacto del tiempo según la distancia y los diferentes esquemas de modulación. A partir de los resultados, se diseñó un algoritmo cognitivo energéticamente eficiente con el fin de reducir el impacto de los fenómenos meteorológicos en las redes IEEE 802.11b/g. Dicho algoritmo ha sido simulado y los resultados obtenidos han sido satisfactorios, tanto en términos de eficiencia energética como de rendimiento de la red. Para concluir, otro factor externo que se ha estudiado en esta tesis ha sido la tasa de absorción específica. Este parámetro está relacionado con una de las grandes preocupaciones actuales en cuanto a salud pública, ya que se utiliza para medir la exposición de los tejidos del cuerpo humano a los campos electromagnéticos. Obviamente, la absorción de señal por parte del cuerpo humano afecta a las redes y, por lo tanto, este parámetro se debería tener en cuenta a la hora de diseñar redes eficientes. Por esta razón se ha incluido en esta tesis doctoral. / [CA] Actualment hi ha molts treballs que analitzen i intenten millorar el rendiment de les xarxes d'àrea local sense fils des de diferents perspectives. Gran part d'aquests treballs es focalitzen en aspectes de disseny, com són la distribució de freqüències o l'assignació de canals. Per tant, com aquests aspectes ja han sigut àmpliament estudiats, els esforços d'aquesta tesi doctoral s'han dirigit a estudiar altres factors que també podrien afectar al seu rendiment i que encara no han sigut analitzats amb profunditat. L'objectiu principal d'aquesta tesi doctoral ha sigut realitzar un estudi minuciós per analitzar l'impacte de les condicions meteorològiques sobre el rendiment de les xarxes IEEE 802.11b/g. Per a realitzar aquest estudi s'han analitzat dos escenaris reals per tal de verificar els resultats i trobar relacions precises. A partir de les conclusions d'aquests anàlisis previ, el següent objectiu ha sigut dissenyar un algoritme cognitiu que, en base a les condicions meteorològiques i als paràmetres de rendiment de la xarxa, permeti a les xarxes ajustar les seues característiques de transmissió per tal de superar tal impacte. Per tal de dur a terme aquest estudi, primer va ser necessari estudiar quins mètodes estadístics podien ser utilitzats per extraure el nivell de correlació entre els paràmetres de rendiment de les xarxes i les condicions meteorològiques de l'entorn. En segon lloc, es va haver d'analitzar quins paràmetres de rendiment es podien extraure de la xarxa exterior de la UPV i es van seleccionar d'acord a l'objectiu plantejat. A continuació, es va definir el període temporal al llarg del qual s'emmagatzemarien els paràmetres seleccionats de manera periòdica. El següent pas va ser seleccionar i emmagatzemar les condicions meteorològiques d'una estació propera durant el mateix període de temps. Finalment, es va realitzar un preprocessat per tal de posar en ordre tot el volum de dades i es van analitzar estadísticament. Els resultats van ser exitosos, però van aparèixer diversos problemes pel fet d'estudiar una xarxa real molt variable. Per tant, es va haver de desenvolupar un escenari experimental amb l'objectiu de verificar els resultats. Per aquesta raó es va dissenyar i implementar un enllaç exterior IEEE 802.11b/g punt a multipunt, i es va analitzar de nou l'impacte de les condicions meteorològiques. Es va considerar un enllaç multipunt per tal de d'analitzar també com influïa el impacte del temps segons la distància i els diferents esquemes de modulació. A partir d'aquests resultats, es va dissenyar un algoritme cognitiu energèticament eficient per tal de reduir l'impacte dels fenòmens meteorològics sobre les xarxes IEEE 802.11b/g. Aquest algoritme va ser simulat i els resultats obtinguts van ser satisfactoris, tant en termes d'eficiència energètica com de rendiment de la xarxa. va comprovar que la proposta aporta millores. Per concloure, un altre factor extern que s'ha estudiat en aquesta tesi doctoral ha sigut la taxa d'absorció específica. Aquest paràmetre està relacionat amb una de les preocupacions actuals pel que fa a la salut pública, ja que s'utilitza per a mesurar l'exposició dels teixits del cos humà als camps electromagnètics. Òbviament, aquesta absorció de la senyal afecta el rendiment de les xarxes i, per això, aquest paràmetre s'hauria de tenir en compte a l'hora d'implementar futures xarxes sense fils eficients. Per aquesta raó s'ha inclòs en aquesta tesi doctoral. / Bri Molinero, D. (2015). ESTUDIO DEL EFECTO DE FACTORES EXTERNOS SOBRE LAS REDES WLAN Y DISEÑO DE UN ALGORITMO COGNITIVO ENERGÉTICAMENTE EFICIENTE [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/53450

[ES] Esta tesis se ha desarrollado dentro del marco de la línea de investigación de Economía y Regulación de las Telecomunicaciones. En el programa de Doctorado de Telecomunicaciones por la Universitat Politècnica de València. Como parte del proceso de investigación se participó en los siguientes proyectos de investigación: Plataforma de servicios para ciudades inteligentes con redes M2M densas (TIN2013-47272-C2-1-R), Entrepreneurship in Heterogeneous Wireless Networks (COHWAN, TIN2010-21378 C02-02) y ATLAS-Dynamic network slicing in 5G Radio Access. Así como, se realizó una estancia doctoral en el IMT Atlantique en Rennes- Francia. Como resultado de estas actividades se publicaron varios artículos científicos que permiten sustentar los modelos de negocio para Operadores Móviles Virtuales (Mobile Virtual Network Operators-MVNOs) presentados en este documento. En este estudio, se plantean modelos de negocio que se sustentan en el desarrollo de las características técnicas de Redes de Cuarta Generación (Fourth-Generation Networks-4G) y Redes de Quinta Generación (Fifth-Generation Networks-5G), que facilitan la compartición de infraestructura de los Operadores Móviles de Red (Mobile Network Operators-MNOs). Al respecto, en este documento analiza el estado del arte que permite sustentar la viabilidad técnica de los modelos basados en la compartición de infraestructura, que ha permitido disminuir las barreras de entrada al mercado y el desarrollo de nuevos modelos de negocio para los MVNOs. Sin embargo, los nuevos modelos que permite la compartición de infraestructura deben ser analizados desde el aspecto económico para determinar la viabilidad de los mismos. Específicamente, en el primer modelo se analiza la viabilidad económica de un MVNO que brinda el servicio a su base de usuarios y divide su tráfico de red a dos MNOs, los que alquilan su capacidad de red al MVNO. En el análisis del modelo se consideran tanto las características del sistema como las económicas. En cuanto a las características del sistema, un MVNO proporciona servicio a los usuarios finales utilizando el soporte de infraestructura de dos MNOs. El servicio proporcionado por el MVNO, se modelada mediante una cola M/M/1, donde cada usuario genera paquetes de forma independiente siguiendo un proceso de Poisson. Los tiempos de servicios de los paquetes, se distribuyen exponencialmente. En el sistema propuesto la métrica de calidad más relevante, es el tiempo medio de servicio. El acuerdo entre el MVNO y los MNOs, es tal que, el MVNO dividirá el tráfico de la red entre los dos MNOs y pagará a cada MNO por el tráfico servido a través de su infraestructura. En cuanto a las características económicas, los incentivos se modelan a través de las utilidades de los usuarios y los beneficios de los operadores. En el segundo modelo, se analiza la viabilidad económica de dos escenarios para un modelo de negocio en el que, un MNO alquila su infraestructura de red al MVNO y cada operador sirve a su propia base de usuarios. El primer escenario denominado monopólico, el MNO presta servicio a las dos bases de usuarios (MNO y MVNO). En el segundo escenario denominado estratégico, el MNO presta servicio a su base de usuarios, así como, alquila su infraestructura al MVNO para que preste servicio a su base de usuarios. Para los dos escenarios, la red se ha modelado por una cola con prioridad, utilizando una disciplina de servicio Compartición Discrimitatoria del Servidor (Discriminatory Processor Sharing-DPS). En el análisis de compartición de infraestructura, se considera un pago al MNO por cada usuario que accede al servicio de MVNO. Finalmente, para determinar la viabilidad económica de los diferentes escenarios propuestos para los modelos de negocio, se utilizan conceptos de microeconomía, teoría de juegos y teoría de colas, la cuales han permitido conocer las decisiones en equilibrio que toman los operadores, así como las decisiones en equilibrio de los usuarios; de esta manera se ha obtenido el efecto de estas decisiones sobre los beneficios de todos los agentes del modelo y se han identificado las condiciones bajo las cuales estos nuevos modelos de negocio son viables en entornos de redes 4G y 5G. Como resultado del análisis de los modelos de negocio para los diferentes escenarios propuestos, se observa que la asociación entre MNOs y MVNOs a través de la compartición de infraestructura es viable económicamente para los modelos propuestos. En relación a los usuarios, su comportamiento es sustancial para determinar la viabilidad económica de los diferentes modelos de negocio propuestos, por lo tanto, resulta imprescindible explorar diferentes funciones de utilidad que expresen el comportamiento de los usuarios en estudios futuros. En cuanto a los operadores, en el primer modelo de negocio se demuestra que, la provisión de capacidad de red es un mecanismo válido para optimizar los beneficios de los operadores. Así como, en el segundo modelo de negocio, se demuestra que, la compartición de infraestructura entre un MNO y un MVNO es deseable desde el punto de vista de los usuarios para el modelo de negocio estratégico, ya que permite un mayor número de usuarios. Mientras que, desde el punto de vista económico el modelo de negocio monopólico es más deseable debido a que ofrece un incentivo mayor a los operadores. En resumen, en esta tesis se demuestra la viabilidad económica de modelos de negocio de compartición de infraestructura entre MNOs y MVNOs, soportados técnicamente por las características tecnológicas de las redes móviles de ultima generación. / [CA] Aquesta tesi s'ha desenvolupat dins del marc de la línia d'investigació d'Economia i Regulació de les Telecomunicacions. En el programa de Doctorat de Telecomunicacions per la Universitat Politècnica de València. Com a part del procés d'investigació es va participar en els següents projectes d'investigació: Plataforma de servicios para ciudades inteligentes con redes M2M densas (TIN2013-47272-C2-1-R), Entrepreneurship in Heterogeneous Wireless Networks (COHWAN, TIN2010-21378-C02-02) i ATLAS -Dynamic network slicing in 5G Radio Access. També es va realitzar una estada doctoral en l'IMT Atlantique en Rennes-França. Com a resultat d'aquaquests activitats es van publicar diversos articles científics que permeten sustentar els models de negoci per a MVNOs presentats en el present document. En aquest estudi, es plantegen models de negoci que se sustenten en el desenrotllament de les característiques tècniques de 4G i 5G, que faciliten la compartició d'infraestructura dels MNOs. També s'analitza l'estat de l'art que permet sustentar la viabilitat tècnica dels models basats en la compartició d'infraestructura, que ha permès disminuir les barreres d'entrada al mercat i el desenvolupament de nous models de negoci per als MVNOs. No obstant això, els nous models que permeten la compartició d'infraestructura han de ser analitzats des-de l'aspecte econòmic per a determinar la viabilitat dels mateixos. Específicament, en el primer model s'analitza la viabilitat econòmica d'un MVNO que brinda el servei a la seua base d'usuaris i divideix el seu tràfic de xarxa a dos MNOs, els que lloguen la seua capacitat de xarxa al MVNO. En l'anàlisi del model es considerentant les característiques del sistema com les econòmiques. Respecte a les característiques del sistema, un MVNO proporciona servei als usuaris finals utilitzant el suport d'infraestructura de dos MNOs. El servei proporcionat pel MVNO, es modelada per mitjà d'una cua M/M/1, on cada usuari genera paquets de forma independent seguint un procés de Poisson. Els temps de servei dels paquets es distribueixen exponencialment. En el sistema proposat, la mètrica de qualitat més rellevant és el temps mitjà de servei, que comprén tant el temps d'espera com el temps mitjà de servei. L'acord entre el MVNO i els MNOs, és tal que el MVNO dividirà el tràfic de la xarxa entre els dos MNOs i pagarà a cada MNO pel tràfic servit a través de la seua infraestructura. Respecte a les característiques econòmiques, els incentius es modelen mitjançant les utilitats dels usuaris i els beneficis dels operadors. En el segon model, s'analitza la viabilitat econòmica de dos escenaris per a un model de negoci en què un MNO lloga la seua infraestructura de xarxa al MVNO i cada operador serveix a la seua pròpia base d'usuaris. El primer escenari denominat monopòlic, el MNO dona servei a les dos bases d'usuaris (MNO i MVNO). En el segon escenari denominat estratègic, el MNO dona servei a la seua base d'usuaris, a més a més, lloga la seua infraestructura al MVNO per a que aquest puga prestar servei a la seua base d'usuaris. Per als dos escenaris, la xarxa s'ha modelat per una cua amb prioritat, utilitzant una disciplina de servei DPS. En l'anàlisi de compartició d'infraestructura, es considera un pagament al MNO per cada usuari que accedeix al servei de MVNO. Finalmente, para determinar la viabilidad económica de los diferentes escenarios propuestos para los modelos de negocio, se utilizan conceptos de microeconomía, teoría de juegos y teoría de colas, la cuales han permitido conocer las decisiones en equilibrio que toman los operadores, así como las decisiones en equilibrio de los usuarios; de esta manera se ha obtenido el efecto de estas decisiones sobre los beneficios de todos los agentes del modelo y se han identificado las condiciones bajo las cuales estos nuevos modelos de negocio son viables en entornos de redes 4G y 5G. Como resultado del análisis de los modelos de negocio para los diferentes escenarios propuestos, se observa que la asociación entre MNOs y MVNOs a través de la compartición de infraestructura es viable económicamente para los modelos propuestos. En relación a los usuarios, su comportamiento es sustancial para determinar la viabilidad económica de los diferentes modelos de negocio propuestos, por lo tanto, resulta imprescindible explorar diferentes funciones de utilidad que expresen el comportamiento de los usuarios en estudios futuros. En cuanto a los operadores, en el primer modelo de negocio se demuestra que, la provisión de capacidad de red es un mecanismo válido para optimizar los beneficios de los operadores. Así como, en el segundo modelo de negocio, se demuestra que, la compartición de infraestructura entre un MNO y un MVNO es deseable desde el punto de vista de los usuarios para el modelo de negocio estratégico, ya que permite un mayor número de usuarios. Mientras que, desde el punto de vista económico el modelo de negocio monopólico es más deseable debido a que ofrece un incentivo mayor a los operadores. En resumen, en esta tesis se demuestra la viabilidad económica de modelos de negocio de compartición de infraestructura entre MNOs y MVNOs, soportados técnicamente por las características tecnológicas de las redes móviles de ultima generación. / [EN] This thesis has been developed within the framework of the research line of Economics and Regulation of Telecommunications. In the PhD program of Telecommunications by the Universitat Politècnica de València. As part of the research process, we participated in the following research projects: Service Platform for Smart Cities with Dense M2M Networks (TIN2013-47272-C2-1-R), Entrepreneurship in Heterogeneous Wireless Networks (COHWAN, TIN2010-21378-C02-02) and ATLAS-Dynamic network slicing in 5G Radio Access. A doctoral stay at the ITM Atlantique in Rennes, France, was also arranged. As a result of these activities, several scientific articles were published which support the business models for MVNOs presented in this document. In this study, business models based on the development of the technical characteristics of 4G and 5G are proposed, which facilitate the sharing of the infrastructure of MNOs. In this regard, this document analyzes the state of the art that supports the technical feasibility of models based on infrastructure sharing, which has lowered barriers to market entry and the development of new business models for MVNOs. However, the new models that infrastructure sharing allows, must be analyzed from an economic aspect to determine their viability. Specifically, the first model analyses the economic viability of an MVNO that provides the service to its user base and splits its network traffic between two MNOs, which rent their network capacity to the MVNO. The analysis of the model considers both the characteristics of the system and the economic ones. In terms of system characteristics, one MVNO provides service to end-users using the infrastructure support of two MNOs. The service provided by the MVNO is modelled through an M/M/1 queue, where each user generates packets independently following a Poisson process. The service times of the packages are distributed exponentially. In the proposed system, the most relevant quality metric is the average service time, which comprises both the waiting time and the average service time. The agreement between the MVNO and the MNOs is such that the MVNO will split the network traffic between the two MNOs and pay each MNO for the traffic served through its infrastructure. In terms of economic features, incentives are modelled through user profits and operator profits. In the second model, we analyze the economic viability of two scenarios for a business model in which, an MNO rents its network infrastructure to the MVNO, and each operator serves its user base. In the first scenario, called monopoly, the MNO serves both user bases (MNO and MVNO). In the second scenario, called strategic, the MNO serves its user base, as well as leases its infrastructure to the MVNO to serve its user base. For both scenarios, the network has been modelled by a priority queue, using a DPS discipline. In the infrastructure sharing analysis, a payment to the MNO is considered for each user that accesses the MVNO service. Finally, to determine the economic viability of different scenarios proposed for the business models, concepts of microeconomics, game theory and queuing theory are used, which have allowed us to know the equilibrium decisions made by the operators, as well as the equilibrium decisions made by the users. In this way, the effect of these decisions on the profits of all the agents in the model has been obtained, and the conditions under which these new business models are viable in 4G and 5G network environments have been identified. As a result of the analysis of the business models for the different scenarios proposed, it is observed that the association between MNOs and MVNOs through infrastructure sharing is economically viable for the proposed models. In relation to users, their behavior is substantial to determine the economic viability of the different proposed business models; therefore, it is essential to explore different utility functions that express user behavior in future studies. As for the operators, the first business model demonstrates that the provision of network capacity is a valid mechanism for optimizing operators’ profits. As well as, in the second business model, it is demonstrated that, the sharing of infrastructure between an MNO and an MVNO is desirable from the users’ point of view for the strategic business model since it allows a greater number of users. Whereas, from an economic point of view, the monopolistic business model is more desirable because it provides a greater incentive for operators. In summary, this thesis demonstrates the economic viability of business models of infrastructure sharing between MNOs and MVNOs, technically supported by the technological characteristics of the latest generation mobile networks. / Sacoto Cabrera, E. (2020). Análisis basado en teoría de juegos de modelos de negocio de operadores móviles virtuales en redes 4G y 5G [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/158595

[ES] La presente tesis aborda el problema del encaminamiento en las redes definidas por software (SDN). Específicamente, aborda el problema del diseño de un protocolo de encaminamiento basado en inteligencia artificial (AI) para garantizar la calidad de servicio (QoS) en transmisiones multimedia. En la primera parte del trabajo, el concepto de SDN es introducido. Su arquitectura, protocolos y ventajas son comentados. A continuación, el estado del arte es presentado, donde diversos trabajos acerca de QoS, encaminamiento, SDN y AI son detallados. En el siguiente capítulo, el controlador SDN, el cual juega un papel central en la arquitectura propuesta, es presentado. Se detalla el diseño del controlador y se compara su rendimiento con otro controlador comúnmente utilizado. Más tarde, se describe las propuestas de encaminamiento. Primero, se aborda la modificación de un protocolo de encaminamiento tradicional. Esta modificación tiene como objetivo adaptar el protocolo de encaminamiento tradicional a las redes SDN, centrado en las transmisiones multimedia. A continuación, la propuesta final es descrita. Sus mensajes, arquitectura y algoritmos son mostrados. Referente a la AI, el capítulo 5 detalla el módulo de la arquitectura que la implementa, junto con los métodos inteligentes usados en la propuesta de encaminamiento. Además, el algoritmo inteligente de decisión de rutas es descrito y la propuesta es comparada con el protocolo de encaminamiento tradicional y con su adaptación a las redes SDN, mostrando un incremento de la calidad final de la transmisión. Finalmente, se muestra y se describe algunas aplicaciones basadas en la propuesta. Las aplicaciones son presentadas para demostrar que la solución presentada en la tesis está diseñada para trabajar en redes heterogéneas. / [CA] La present tesi tracta el problema de l'encaminament en les xarxes definides per programari (SDN). Específicament, tracta el problema del disseny d'un protocol d'encaminament basat en intel·ligència artificial (AI) per a garantir la qualitat de servici (QoS) en les transmissions multimèdia. En la primera part del treball, s'introdueix les xarxes SDN. Es comenten la seva arquitectura, els protocols i els avantatges. A continuació, l'estat de l'art és presentat, on es detellen els diversos treballs al voltant de QoS, encaminament, SDN i AI. Al següent capítol, el controlador SDN, el qual juga un paper central a l'arquitectura proposta, és presentat. Es detalla el disseny del controlador i es compara el seu rendiment amb altre controlador utilitzat comunament. Més endavant, es descriuen les propostes d'encaminament. Primer, s'aborda la modificació d'un protocol d'encaminament tradicional. Aquesta modificació té com a objectiu adaptar el protocol d'encaminament tradicional a les xarxes SDN, centrat a les transmissions multimèdia. A continuació, la proposta final és descrita. Els seus missatges, arquitectura i algoritmes són mostrats. Pel que fa a l'AI, el capítol 5 detalla el mòdul de l'arquitectura que la implementa, junt amb els mètodes intel·ligents usats en la proposta d'encaminament. A més a més, l'algoritme intel·ligent de decisió de rutes és descrit i la proposta és comparada amb el protocol d'encaminament tradicional i amb la seva adaptació a les xarxes SDN, mostrant un increment de la qualitat final de la transmissió. Finalment, es mostra i es descriuen algunes aplicacions basades en la proposta. Les aplicacions són presentades per a demostrar que la solució presentada en la tesi és dissenyada per a treballar en xarxes heterogènies. / [EN] This thesis addresses the problem of routing in Software Defined Networks (SDN). Specifically, the problem of designing a routing protocol based on Artificial Intelligence (AI) for ensuring Quality of Service (QoS) in multimedia transmissions. In the first part of the work, SDN is introduced. Its architecture, protocols and advantages are discussed. Then, the state of the art is presented, where several works regarding QoS, routing, SDN and AI are detailed. In the next chapter, the SDN controller, which plays the central role in the proposed architecture, is presented. The design of the controller is detailed and its performance compared to another common controller. Later, the routing proposals are described. First, a modification of a traditional routing protocol is discussed. This modification intends to adapt a traditional routing protocol to SDN, focused on multimedia transmissions. Then, the final proposal is described. Its messages, architecture and algorithms are depicted. As regards AI, chapter 5 details the module of the architecture that implements it, along with all the intelligent methods used in the routing proposal. Furthermore, the intelligent route decision algorithm is described and the final proposal is compared to the traditional routing protocol and its adaptation to SDN, showing an increment of the end quality of the transmission. Finally, some applications based on the routing proposal are described. The applications are presented to demonstrate that the proposed solution can work with heterogeneous networks. / Rego Máñez, A. (2020). Intelligent multimedia flow transmission through heterogeneous networks using cognitive software defined networks [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/160483

[ES] La industria se encuentra inmersa de pleno en la cuarta revolución industrial, y es gracias a la capacidad de digitalización y de procesamiento de grandes cantidades de datos, que se consigue mejorar y optimizar el rendimiento de los sistemas industriales actuales. Son muchos los paradigmas y conceptos que están dando forma a lo que se conoce como Industria 4.0, y uno de ellos ha sido el Internet de las Cosas (IoT: Internet of Things) o más concretamente el Internet Industrial de las Cosas (IIoT: Industrial Internet of Things), como se ha llamado al subconjunto con determinados requisitos orientados al sector industrial. Las redes de sensores inalámbricos (WSN: Wireless Sensor Networks) son tecnologías habilitadoras para estos sistemas IoT, ya que gracias a su fácil escalabilidad ofrecen gran capacidad de sensorización con un coste energético reducido. En el ámbito industrial, estas redes de sensores deben cumplir con requisitos estrictos de fiabilidad, y su aceptación está siendo lenta debido a que su robustez y facilidad de configuración no han podido rivalizar con las tecnologías clásicas. Con el desarrollo de esta tesis, se pretende hacer frente a determinados aspectos de mejora de las redes industriales de sensores inalámbricos. Para ello, se diseñan nuevos mecanismos para la sincronización, evaluando metodologías alternativas de enrutamiento y proponiendo modelos analíticos que permitan caracterizar fielmente el proceso de despliegue de estas redes, con el objetivo de cubrir aquellas lagunas que dejan los estándares y protocolos bajo estudio. Los mecanismos propuestos por el estándar IEEE 802.15.4e, en concreto el método de acceso al medio mediante TSCH (Time-Slotted Channel Hopping), presentan las bases sobre las que construir una red WSN fiable y robusta, y mediante los desarrollos propuestos en esta tesis se facilita su implantación en sistemas de Industria 4.0. / [CA] La indústria es troba de ple en la quarta revolució industrial, i és gràcies a la capacitat de digitalització i de processament de grans quantitats de dades, que s'aconsegueix millorar i optimitzar el rendiment dels sistemes industrials actuals. Són moltes els paradigmes i conceptes que estan donant forma al que es coneix com a Indústria 4.0, i una d'elles ha sigut la Internet de les Coses (IoT: Internet of Things) o més concretament la Internet Industrial de les Coses (IIoT: Industrial Internet of Things), com s'ha anomenat al subconjunt amb determinats requisits orientats al sector industrial. Les xarxes de sensors sense fils (WSN: Wireless Sensor Networks) són tecnologies habilitadores per a sistemes IoT, ja que gràcies a la seua fàcil escalabilitat ofereixen gran capacitat de digitalització amb un cost energètic reduït. En l'àmbit industrial, aquestes xarxes de sensors han de complir amb requisits estrictes, i la seua acceptació està sent lenta a causa de factors que fan que aquests sistemes no substituïsquen a les tecnologies clàssiques. Amb el desenvolupament d'aquesta tesi, es pretén fer front a determinats aspectes de millora de les xarxes industrials de sensors sense fils. Per a això, es dissenyen nous mecanismes per a la sincronització, avaluant metodologies alternatives d'encaminament i proposant models analítics que permeten caracteritzar fidelment el procés de desplegament d'aquestes xarxes, amb l'objectiu de cobrir aquelles llacunes que deixa l'estàndard. Els mecanismes proposats per l'estàndard IEEE 802.15.4, en concret el mètode d'accés al mitjà TSCH, presenten les bases sobre les quals construir una xarxa WSN fiable i robusta, i mitjançant els desenvolupaments proposats en aquesta tesi es facilita la seua implantació en sistemes d'Indústria 4.0. / [EN] The industry is fully engaged in the fourth industrial revolution. Due to digital transformation and the processing of large amounts of data, it is possible to improve the value chain and provide a real-time optimization for the current industrial systems. There are many paradigms and concepts that that fall under the umbrella of Industry 4.0, and one of them is the Internet of Things (IoT) or more specifically the Industrial Internet of Things (IIoT), as the subset with certain industry-oriented requirements is known. Wireless Sensor Networks (WSN) are an enabling technology for IoT systems, since its easy scalability offers a great sensorization capacity with a reduced energy cost. In the industrial field, these sensor networks must meet strict reliability requirements, so growth in the industrial market is slow as these systems fail to replace legacy technologies. This thesis addresses different aspects of improving industrial wireless sensor networks. To that end, new mechanisms for synchronization have been designed, evaluating alternative routing methodologies and proposing analytical models that allow a comprehensive characterization of the deployment process of these networks, aiming of covering those gaps left by the standard. The mechanisms proposed by the IEEE 802.15.4 standard, specifically the medium access control method Time-Slotted Channel Hopping (TSCH), present the bases to deploy a reliable and robust WSN network, and through the developments proposed in the thesis, it is possible smooth the way for its implementation in Industry 4.0 systems. / Vera Pérez, J. (2021). Diseño y evaluación de mecanismos de optimización en redes de sensores inalámbricas industriales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/179700

[ES] En la presente tesis se aborda el problema del descubrimiento de vecinos en redes estáticas inalámbricas ad hoc, redes sin infraestructura. En estas redes los nodos deben descubrir los vecinos como un primer paso tras el despliegue. Además se aborda el problema de creación de redes espontáneas basadas en la confianza, y el de selección de vecinos. Se han presentado distintos algoritmos que solucionan el problema siguiendo unas premisas que se irán relajando a lo largo de la tesis. Se han implementado esos algoritmos en Castalia 3.2 para su validación y comparación con otros protocolos de referencia. Los protocolos determinísticos presentan mejores resultados de simulación, aunque requieren que sigan una planificación en la transmisión. En cuanto al protocolo aleatorio CDPRR (Collision Detection Probabilistic Round Robin) no sigue una planificación pero requiere el conocimiento del número de nodos de la red. El protocolo CDH (Collision Detection Hello) permite el desconocimiento del número de nodos. Ambos logran el descubrimiento de los vecinos con probabilidad 1 mediante la detección de colisiones. Ambas propuestas obtienen mejores prestaciones que los protocolos usados como referencia. Tanto para CDH como para CDPRR se ha realizado un modelo analítico de determinadas métricas. Se ha propuesto un protocolo aleatorio basado en líder que permite obtener buenas prestaciones y se puede usar de forma asíncrona aunque solo permite su uso en entornos one-hop. Finalmente, se presenta un protocolo aleatorio consciente de la energía que permite buenos resultados para altos duty cycles y redes compuestas de pocos nodos. En cuanto a la creación de redes espontáneas basadas en la confianza, se ha propuesto un modelo que usa el protocolo CDPRR como base. Este protocolo de creación de redes espontáneas basadas en la confianza permite premisas más realistas y mejora un protocolo determinístico de referencia. Finalmente, se propone un protocolo que combina el descubrimiento y la selección de vecinos con el objetivo de proporcionar nodos favoritos. Estos nodos permiten el envío de información al exterior de la red o en futuras operaciones como el encaminamiento. / [CA] En la present tesi s'aborda el problema del descobriment de veïns en xarxes estàtiques sense fil ad hoc, xarxes sense infraestructura. En estes xarxes els nodes han de descobrir els veïns com un primer pas després del desplegament. A més s'aborda el problema de creació de xarxes espontànies basades en la confiança, i el de selecció de veïns. S'han presentat distints algoritmes que solucionen el problema seguint unes premisses que se n'aniran relaxant al llarg de la tesi. S'han implementat eixos algoritmes en Castalia 3.2 per a la seua validació i comparació amb altres protocols de referència. Els protocols determinístics presenten millors resultats de simulació, encara que requerixen que seguisquen una planificació en la transmissió. Quant al protocol aleatori CDPRR (Collision Detection Probabilistic Round Robin) no seguix una planificació però requerix el coneixement del nombre de nodes de la xarxa. El protocol CDH (Collision Detection Hello) permet el desconeixement del nombre de nodes. Ambdós aconseguixen el descobriment dels veïns amb probabilitat 1 per mitjà de la detecció de col·lisions. Ambdós propostes obtenen millors prestacions que els protocols usats com a referència. Tant per a CDH com per a CDPRR s'ha realitzat un model analític de determinades mètriques. S'ha proposat un protocol aleatori basat en líder que permet obtindre bones prestacions i es pot usar de forma asíncrona encara que només permet el seu ús en entorns onehop. Finalment, es presenta un protocol aleatori conscient de l'energia que permet bons resultats per a alts duty cycles i xarxes compostes de pocs nodes. Quant a la creació de xarxes espontànies basades en la confiança, s'ha proposat un model que usa el protocol CDPRR com a base. Este protocol de creació de xarxes espontànies basades en la confiança permet premisses més realistes i millora un protocol determinístic de referència. Finalment, es proposa un protocol que combina el descobriment i la selecció de veïns amb l'objectiu de proporcionar nodes favorits. Estos nodes permeten l'enviament d'informació a l'exterior de la xarxa o en futures operacions com l'encaminament. / [EN] This thesis addresses the neighbor discovery problem in static wireless ad hoc networks, infrastructure-less networks. In these networks the nodes must discover the neighbors as a first step after the deployment. Furthermore, the thesis addresses the problem of creation of spontaneous networks based on trust, and the neighbor selection. Several algorithms have been presented that solve the problem following some assumptions that will be relaxed throughout the thesis. Those algorithms have been implemented in Castalia 3.2 for validation and comparison with other reference protocolos. The deterministic protocols provide better simulation results, although they require a transmission schedule. As for the randomized protocol CDPRR (Collision Detection Probabilistic Round Robin), it does not follow a schedule but it requires the knowledge of the number of nodes in the network. The CDH (Collision Detection Hello) protocol allows the ignorance of the number of nodes. They both achieve the discovery of the neighbors with probability 1 by detecting collisions. Both proposals achieve better performance than the protocols used as reference. For CDH and CDPRR an analytical model has been carried out regarding several metrics. A randomized protocol based on leader has been proposed that achieves a good performance and it can be used in an asynchronous way although it can only be used in one-hop environments. Finally, an energy-aware randomized protocol is proposed, which achieves good results for high duty cycles and networks composed of a small number of nodes. As for the creation of spontaneous networks based on trust, a model has been proposed which is based on the CDPRR protocol. This protocol for the creation of spontaneous networks based on trust allows more realistic assumptions and outperforms a determinsitic protocol used as reference. Finally, a protocol is proposed which combines the discovery and selection of neighbors aiming at providing favourite nodes. These nodes allow sending information towards outside the network or in future operations such as routing. / Sorribes Díaz, JV. (2021). Autoconfiguración de redes ad hoc basadas en confianza [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/180283