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O Sistema Inteligente de Transporte (Intelligent Transportation System) permite o gerenciamento dos diferentes meios de transporte e do trânsito de forma inteligente, e é estendido pelo Sistema de Trasporte Inteligente Cooperativo (Cooperative Intelligent Transportation System), onde os componentes compartilham informações entre si. Como meio de comunicação, o Sistema de Trasporte Inteligente Cooperativo tem à mão as redes móveis celulares e os sistemas comunicações de curto alcance (Short Range Communication) com uma topologia híbrida, composta de uma rede veicular ad-hoc (Vehicular Ad-Hoc Network) acrescida de elementos de infraestrutura. Desta forma, a rede veicular ad-hoc mostra-se como uma possível solução de comunicação visando o atendimento das propostas do Sistema de Trasporte Inteligente Cooperativo. Este estudo analisa topologias distintas de redes híbridas quanto à conectividade e o desempenho, que poderiam servir como uma rede híbrida provendo recursos de telecomunicações para um Sistema de Trasporte Inteligente Cooperativo. Neste trabalho, o sistema de transporte coletivo é composto de nós móveis, constituídos por veículos de transporte público dotados de recursos de comunicação, e nós fixos, constituídos por elementos de infraestrutura dotados de recursos de comunicação, formando uma rede de topologia híbrida. Os nós fixos desta rede híbrida podem atuar como repetidores, colaborando para a comunicação entre nós que de outra forma não seria possível. A implantação desta rede fixa pode ser feita em elementos de controle de trânsito e outras estruturas públicas, formando redes de topologia linear e em grade, conforme a distribuição geográfica destes elementos e a importância da via onde se localizam. São analisados redes com diversas distâncias entre nós, múltiplos do comprimento de uma quadra, e considerado o desempenho de cada configuração e a sua conectividade. Dependendo da distância entre os nós, a rede pode tornar-se disruptiva, e métodos de melhorias de redes disruptivas foram considerados. São analisados dois métodos de melhorias em uma rede disruptiva e feita a avaliação do ganho de desempenho com as melhorias. As melhorias escolhidas consistiram (i) no aumento no número e no tempo de duração dos contato entre os nós, e (ii) no uso de nós fixos atuando como“data mule” estáticos, destinados a transferir os dados entre os nós móveis que passam por ele. The Intelligent Transportation System enables intelligent management of different modes of transport and traffic, and is extended by the Cooperative Intelligent Transportation System, where components share information with each other. As a means of communication, the Cooperative Intelligent Transportation System has cellular mobile networks and Short Range Communication with a hybrid topology composed of an vehicular ad-hoc network plus infrastructure elements. Thus, vehicular ad-hoc network is shown as a possible communication solution aimed at meeting Cooperative Intelligent Transportation System proposals. This study is designed to analyze distinct hybrid network topologies for connectivity and performance, which could serve as a vehicular hybrid network providing telecommunications capabilities for a Cooperative Intelligent Transportation System. In this work, the public transport system composed of mobile nodes, consisting of public transport vehicles with communication resources, and fixed nodes, consisting of infrastructure elements with communication resources, forming a hybrid topology network. This study considers the implementation of a fixed network composed of nodes that act as repeaters collaborating for communication between nodes that would not otherwise be possible. This fixed network can be deployed in traffic control elements and other public structures, forming linear and grid topology networks, according to the geographic distribution of these elements and the importance of the road where they are located, with distances between nodes multiples of the length of a block. Performance and connectivity are considered. Depending on the distance between the nodes, the network can become disruptive, and two disruptive network improvement methods have been considered. The improvements chosen consisted of increasing the number and time of contact between nodes and the use of fixed nodes acting as static data mules to transfer data between the mobile nodes passing through it.

CAPES Nesta tese são apresentados dois esquemas de comunicação cooperativa para redes cognitivas limitadas pelo máximo nível de interferência aceito na rede licenciada. Os esquemas são avaliados em função da probabilidade de outage, que representa a probabilidade de falha na comunicação. No primeiro esquema, a rede não licenciada é composta por uma fonte, um relay full-duplex dedicado e um destino. Contrastando com trabalhos anteriores, o modelo do sistema considera o enlace direto entre o transmissor e o destino não licenciados como informação útil. A análise apresentada inclui o efeito da interferência da rede licenciada, assim como, a auto-interferência no relay. Um esquema de alocação ótima de potência (OPA) é proposto. A estratégia OPA pode escolher entre dois modos de operação, a cooperação entre a fonte e relay ou transmissão direta da fonte. O esquema OPA proposto possui o melhor desempenho em termos de probabilidade de outage quando comparado com métodos concorrentes. No segundo esquema, o uso de codificação de rede é aplicado em um cenário cognitivo onde múltiplos usuários não licenciados cooperam entre si para enviar mensagens independentes ao destino não licenciado, ou seja, neste cenário não existem nós dedicados à transmissão da informação de um parceiro como no primeiro esquema. Os esquemas codificação de rede dinâmica (DNC) e codificação de rede dinâmica generalizada (GDNC) são avaliados em um cenário cognitivo, considerando um limite máximo de interferência na rede licenciada e uma potência máxima de transmissão para os nós não licenciados. A cooperação com codificação de rede é capaz de aumentar consideravelmente o desempenho da rede não licenciada quando comparado ao esquema decodifica-e-encaminha seletivo (SDF) e à transmissão direta sem cooperação. Adicionalmente, uma expressão analítica é derivada para a capacidade de -outage, sendo esta a máxima taxa de informação obtida pelos usuários não licenciados dada uma probabilidade de outage alvo. No intuito de maximizar a capacidade de -outage do esquema cognitivo GDNC, o número ótimo de pacotes de paridade é encontrado através do algoritmo de Dinkelbach. Uma comparação entre os dois esquemas propostos nesta tese, avaliando o uso de comunicação full-duplex no esquema com codificação de rede, é proposta como um direcionamento para trabalhos futuros. In this work are presented two schemes of cooperative communication for cognitive radio networks limited by the maximum interference level acceptable at the licensed network. The schemes are evaluated in function of the outage probability, that is the probability of failure in the communication. In the first scheme, the unlicensed network is composed by a source, a dedicated full-duplex relay and a destination. Differently of previous works, the system model considers the direct link between the unlicensed transmitter and destination as useful information. The presented analysis includes the effect of the licensed interference, as well as, the self interference at the relay. Moreover, an optimal power allocation (OPA) scheme is proposed. The OPA strategy can choose between two modes of operation, cooperation between source and relay or source transmission only. The proposed OPA scheme has the best performance, when this is compared with concurrent schemes. In the second scheme, the use of network coding is applied in a cognitive scenario where multiple unlicensed users cooperate to send independent messages to the unlicensed destination, thus, in this scenario there are not dedicated nodes to transmission of partner information as in the first scheme. The dynamic network coding (DNC) and generalized dynamic network coding (GDNC) schemes are evaluated in a cognitive scenario, under a given maximum interference constraint set by the licensed network, as well as, the maximum transmit power limit of the unlicensed sources. The cooperation with network coding can provide significant gains in terms of performance, when compared to non cooperative or selective decode-and-forward (SDF) cooperative techniques. Also, a closed-form equation is obtained for the -outage capacity, which is the maximum information rate achieved by the secondary sources given a target outage probability. In order to maximize the -outage capacity of the cognitive GDNC, the optimum number of parity packets is found through Dinkelbach algorithm. A comparison between the two proposed schemes in this thesis, by analysing the use of full-duplex communication in the scheme with network coding, is proposed as a direction for future works.

Os backbones IP utilizam protocolos de roteamento do tipo estado do enlace para definir as rotas corretamente. Em situações de mudança na topologia, como uma falha, esses protocolos necessitam de um tempo para reagir e encontrar novas rotas. Durante esse tempo, as rotas ficam instáveis com alta taxa de pacotes perdidos e queda na confiabilidade do backbone. Esse trabalho propõe uma abordagem pró-ativa denominada Esquema de Caminhos Emergenciais Rápidos para auxiliar o protocolo de roteamento OSPF a reduzir a taxa de pacotes perdidos durante esse período. Essa abordagem realiza cálculos reutilizando a base de informações de roteamento do OSPF para gerar esses caminhos emergenciais, que são representados na tabela de encaminhamento através de marcas. Essas marcas são utilizadas então para guiar corretamente os pacotes no contorno de uma falha. Essa abordagem é avaliada em representações de topologias artificiais e reais, e também em simulação para analisar qual o ganho obtido na redução de pacotes perdidos em relação ao OSPF original. A abordagem desenvolvida demonstra resultados bastante satisfatórios em termos de extensão dos caminhos de recuperação utilizados e quantidade de informações extras adicionadas na tabela de encaminhamento em relação à abordagem concorrente. IP network backbones use link state routing protocols to find correct routes. In face of a topology change, e.g. a failure, these protocols need some time to react to it in order to find new routes. During this time, the routes become unstable, causing high packet loss rate and depreciation of backbone reliability. This work presents a proactive approach named Fast Emergency Paths Schema to help the OSPF routing protocol during the convergence period in order to reduce packet loss rate. The approach conducts calculations reusing the routing information base of the OSPF in order to generate these emergency paths, which are represented in the forwarding table as marks. These are then used to guide the packets to correctly bypass a failure. The approach is evaluated by using various artificial and real topologies, and a simulation is also implemented in order to analyze the packet loss rate reduction in relation to the original OSPF. The analysis yielded satisfactory results in terms of the extension of the recovery paths used and of the amount of extra information added to the forwarding table in relation to the concurrent approach.