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The usage of aerial drones has become more popular as they also become more accessible, both in economic and usability terms. Nowadays, these vehicles can present reduced dimensions and a good cost-benefit ratio, which makes it possible for several services and applications supported by aerial drone networks to emerge. Some scenarios that benefit from the use of aerial drones are the monitoring of emergency situations and natural disasters, the patrolling of urban areas and support to police forces, and tourist applications such as the real-time video transmission of points of interest. It is common for the control of the drone to be dependent on human intervention in these situations, which requires professionals specialized in its control. However, in recent years, several solutions have emerged that enable the autonomous flight of these vehicles, minimizing manual interference. Taking into account the enormous diversity of use cases, many of the existing solutions for autonomous control focus on specific scenarios. Generic mission planning platforms also exist, but most of them only allow missions consisting of linear waypoints to be traversed. These situations translate into a mission support that is not very flexible. In this dissertation, we propose a modular infrastructure that can be used in various scenarios, enabling the autonomous control and monitoring of a fleet of aerial drones in a mission context. This platform has two main components, one integrated into the onboard computer of the vehicle, and the other one in the ground control. The former allows the communication with the flight controller so that it can collect telemetry data and send movement instructions to the drone. The latter allows to monitor this data and send the commands remotely, also enabling robust mission planning with multiple drones. A mission can be described in a script that the ground module interprets, sending the commands to the assigned vehicles. These missions can describe different paths, modifying the behaviour of the drones according to external factors, such as a sensor reading. It is also possible to define plugins to be reused in various missions, for example, by integrating an algorithm that ensures that all drones maintain connectivity. The solution was evaluated in scenarios with a single drone and with the collaboration of multiple drones. The tests were performed in a simulated environment and also in an environment with real drones. The observed behaviour is similar in both scenarios. A utilização de drones aéreos tem-se vindo a popularizar à medida que estes se tornam mais acessíveis, quer em termos económicos quer em usabilidade. Atualmente, estes veículos são capazes de apresentar dimensões reduzidas e uma boa relação de custo-benefício, o que potencia que diversos serviços e aplicações suportados por redes de drones aéreos estejam a emergir. Alguns cenários que beneficiam da utilização de drones aéreos são a monitorização de situações de emergência e catástrofes naturais, a patrulha de áreas urbanas e apoio às forças policiais e aplicações turísticas como a transmissão de vídeo em tempo real de pontos de interesse. É comum que o controlo do drone esteja dependente de intervenção humana nestas situações, o que requer profissionais especializados no seu controlo. No entanto, nos últimos anos têm surgido diversas soluções que possibilitam o vôo autónomo destes veículos, minimizando a interferência manual. Perante a enorme diversidade de casos de aplicação, muitas das soluções existentes para o controlo autónomo focam-se em cenários específicos de intervenção. Existem também plataformas de planeamento genérico de missões, mas que na sua maioria apenas permitem missões constituídas por conjuntos lineares de pontos a ser percorridos. Estas situações traduzem-se num suporte a missões que é pouco flexível. Nesta dissertação propomos uma infraestrutura modular passível de ser utilizada em cenários variados, possibilitando o controlo autónomo de uma frota de drones aéreos num contexto de missão e a sua monitorização. Esta plataforma tem dois componentes principais, um integrado no computador a bordo do veículo e o outro no controlo terrestre. O primeiro permite a comunicação com o controlador de vôo para que se possa recolher diversos dados de telemetria e enviar instruções de movimento para o drone. O segundo permite monitorizar esses dados e enviar os comandos remotamente, possibilitando também um planeamento robusto de missões com múltiplos drones. Uma missão pode ser descrita num script que o módulo terrestre interpreta, enviando os comandos para os veículos atribuídos. Estas missões podem descrever diversos caminhos, modificando o comportamento dos drones de acordo com factores externos, como a leitura de um sensor. Também é possível definir plugins para serem reutilizados em várias missões, como por exemplo, integrando um algoritmo que garante que todos os drones mantêm a conectividade. A solução foi avaliada em cenários com um único drone e com a colaboração de múltiplos drones. Os testes foram executados em ambiente simulado e também num ambiente com drones reais. O comportamento observado nas missões é semelhante em ambos os cenários. Mestrado em Engenharia de Computadores e Telemática

The increase of the world population, especially in large urban centers, has resulted in new challenges such as the management of natural resources and infrastructures as well as the optimization of services to promote the quality of citizens’ life. One of the biggest and most important challenges is the management of public safety, since, in addition to being a factor of interest to both the general population and the authorities, it is also an area that influences other essential indicators in a city such as tourism and employment. Public Safety has impact on the economic growth and social development of a community. This dissertation proposes a solution for the prediction of criminal occurrences in a city based on historical data of incidents and demographic data. The entire life cycle of the model’s learning process will be presented to provide an organization with predictive capability: start with the data collection from its original source, the treatment and transformations applied to them, the choice and the evaluation and implementation of the Machine Learning model up to the application layer. Classification models will be implemented to predict criminal risk for a given time interval and location, as well as regression models to predict the number of crimes. Machine Learning algorithms, such as Random Forest, Neural Networks, K-Nearest Neighbors and Logistic Regression will be used to predict occurrences, and their performance will be compared according to the data processing and transformation used. The results of the chosen model show that the use of Machine Learning techniques helps to anticipate criminal occurrences, which contributed to the reinforcement of public security. Finally, the models will be implemented on a platform that provides an API to enable other entities to request for predictions in real-time. An application will also be presented where it is possible to show criminal occurrences predictions visually. O aumento da população mundial, especialmente nos grandes centros urbanos, tem resultado em novos desafios tais como a gestão de recursos naturais, gestão de infraestruturas, bem como a otimização dos serviços para promover a qualidade de vida dos cidadãos. Um dos maiores e mais importantes desafios é a gestão da segurança pública. Para além de ser um fator de interesse quer da população em geral quer das autoridades, também é um domínio que influencia outros indicadores essenciais numa cidade como o turismo e o emprego. A segurança pública reflete-se no crescimento económico e no desenvolvimento social de uma comunidade. Nesta dissertação é proposta uma solução para previsão de ocorrências criminais numa cidade baseada em dados de histórico de incidentes e dados demográficos. Será apresentado todo o ciclo de vida do processo de aprendizagem do modelo para dotar uma organização da capacidade preditiva: desde a recolha dos dados da sua fonte de origem, o tratamento e transformações aplicadas aos mesmos, escolha, avaliação e implementação do modelo de Machine Learning até à camada de aplicação. Serão implementados modelos de classificação para previsão do risco criminal para um dado intervalo temporal e localização, e modelos de regressão para previsão do número de crimes. Irão ser utilizados algoritmos de Machine Learning como Random Forest, Redes Neuronais, K-Nearest Neighbors e Regressão Logística para a aprendizagem do modelo de previsão de ocorrências onde serão comparados os seus desempenhos de acordo com o tratamento e transformação dos dados utilizados. Os resultados do modelo escolhido evidenciam que a utilização de técnicas de Machine Learning auxiliam a antecipação de ocorrências criminais, o que contribuiu para o reforço da segurança pública. Por fim, irá ser procedida a implementação dos modelos numa plataforma que fornece uma API para que entidades externas possam solicitar previsões em tempo real. Será também apresentada a aplicação onde é possível mostrar visualmente as previsões de ocorrências criminais. Mestrado em Engenharia Informática

The Internet of Things (IoT) is a communication paradigm in which objects of everyday life will be able to, among others, communicate with one another, becoming an integral part of the Internet. In this context, wireless networking is expected to sustain the direct interaction between personal users’ devices and also to provide connectivity on large-scale resource-constrained devices. However, conventional networking protocols fail in large scale mobile wireless environments, such as IoT scenarios, due to node mobility, dynamic topologies, and intermittent connectivity. The Information-Centric Networking (ICN) has been considered the most promising candidate to overcome the drawbacks of host-centric architectures when applied to IoT networks. The main objective of this dissertation is to improve the network performance and the Content availability in mobile IoT environments based on the use of the ICN paradigm, which enables in-network caching and Content replication, thus facilitating the efficient and timely delivery of information. Therefore, it focuses on three primary goals: (1) the analysis of IoT environments regarding mobility aspects; (2) the design and implementation of an ICN caching proposal capable to take advantage of the context; (3) the incorporation of the previous proposal into an ICN architecture and the evaluation of the network performance. The proposal stands out for its use of a cache admission policy that uses information about the Content, the nodes, and the network to provide a more effective caching performance. The tests were conducted using three different mobility and connectivity datasets, addressing intermittent communications use cases. Based on the obtained results, it was possible to observe that the use of a cache admission policy, taking into consideration several parameters in the associated context of the Contents and nodes, provides benefits in terms of cache hits and evictions ratio, and request satisfaction ratio in mobile IoT environments. A Internet das Coisas (IoT) é um paradigma de comunicação em que objetos da vida quotidiana poderão, entre outros, comunicar entre si, tornando-se parte integrante da Internet. Nesse contexto, espera-se que as redes sem fios mantenham a interação direta entre os mais diversos dispositivos com recursos limitados em larga escala. No entanto, os protocolos de rede convencionais falham em ambientes móveis sem fios de larga escala, como cenários de IoT, devido à mobilidade dos nós, topologias dinâmicas e conectividade intermitente. O conceito de Rede Centrada em Informação (ICN) foi considerado o candidato mais promissor para superar as desvantagens das arquiteturas host-centric quando aplicado a redes IoT. O principal objetivo desta dissertação é melhorar o desempenho da rede e a disponibilidade de Conteúdos em ambientes IoT móveis com base na utilização do paradigma de ICN, o qual permite armazenamento em cache na rede e a replicação de Conteúdos, facilitando a entrega eficiente e oportuna de informações. Portanto, esta concentra-se em três objetivos principais: (1) a análise dos ambientes IoT juntamente com os aspetos de mobilidade; (2) o desenho e a implementação de uma proposta de caching em ICN capaz de tirar proveito das informações de contexto; (3) a incorporação da proposta mencionada numa arquitetura ICN e a avaliação do seu desempenho da rede. A proposta destaca-se pelo uso de uma política de admissão de caching que usa informações sobre o Conteúdo, os nós e a rede, providenciando um desempenho da cache mais eficaz. Os testes realizados usaram três conjuntos de dados distintos de mobilidade e conectividade, abordando casos de uso com comunicações intermitentes. Com base nos resultados obtidos, foi possível perceber que o uso de uma política de admissão de caching que tem em consideração vários parâmetros no contexto associado aos Conteúdos e ao nós da rede, traz benefícios em termos do rácio de acessos com sucesso e de remoção da cache, e do rácio de pedidos satisfeitos em ambientes IoT móveis. Mestrado em Engenharia de Computadores e Telemática

Submitted by Marisa Figueiredo (marisa@ua.pt) on 2020-10-21T15:31:35Z No. of bitstreams: 1 Documento_Luis_Leira.pdf: 8359821 bytes, checksum: 723a2a3b50b337eebabbafad18040e82 (MD5) Made available in DSpace on 2020-10-21T15:31:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Documento_Luis_Leira.pdf: 8359821 bytes, checksum: 723a2a3b50b337eebabbafad18040e82 (MD5) Previous issue date: 2019-12 Mestrado em Engenharia de Computadores e Telemática

Doutoramento em Engenharia Eletrotécnica Over-The-Top (OTT) multimedia delivery is a very appealing approach for providing ubiquitous, exible, and globally accessible services capable of low-cost and unrestrained device targeting. In spite of its appeal, the underlying delivery architecture must be carefully planned and optimized to maintain a high Qualityof- Experience (QoE) and rational resource usage, especially when migrating from services running on managed networks with established quality guarantees. To address the lack of holistic research works on OTT multimedia delivery systems, this Thesis focuses on an end-to-end optimization challenge, considering a migration use-case of a popular Catch-up TV service from managed IP Television (IPTV) networks to OTT. A global study is conducted on the importance of Catch-up TV and its impact in today's society, demonstrating the growing popularity of this time-shift service, its relevance in the multimedia landscape, and tness as an OTT migration use-case. Catch-up TV consumption logs are obtained from a Pay-TV operator's live production IPTV service containing over 1 million subscribers to characterize demand and extract insights from service utilization at a scale and scope not yet addressed in the literature. This characterization is used to build demand forecasting models relying on machine learning techniques to enable static and dynamic optimization of OTT multimedia delivery solutions, which are able to produce accurate bandwidth and storage requirements' forecasts, and may be used to achieve considerable power and cost savings whilst maintaining a high QoE. A novel caching algorithm, Most Popularly Used (MPU), is proposed, implemented, and shown to outperform established caching algorithms in both simulation and experimental scenarios. The need for accurate QoE measurements in OTT scenarios supporting HTTP Adaptive Streaming (HAS) motivates the creation of a new QoE model capable of taking into account the impact of key HAS aspects. By addressing the complete content delivery pipeline in the envisioned content-aware OTT Content Delivery Network (CDN), this Thesis demonstrates that signi cant improvements are possible in next-generation multimedia delivery solutions. A entrega de conteúdos multimédia em Over-The-Top (OTT) e uma proposta atractiva para fornecer um serviço flexível e globalmente acessível, capaz de alcançar qualquer dispositivo, com uma promessa de baixos custos. Apesar das suas vantagens, e necessario um planeamento arquitectural detalhado e optimizado para manter níveis elevados de Qualidade de Experiência (QoE), em particular aquando da migração dos serviços suportados em redes geridas com garantias de qualidade pré-estabelecidas. Para colmatar a falta de trabalhos de investigação na área de sistemas de entrega de conteúdos multimédia em OTT, esta Tese foca-se na optimização destas soluções como um todo, partindo do caso de uso de migração de um serviço popular de Gravações Automáticas suportado em redes de Televisão sobre IP (IPTV) geridas, para um cenário de entrega em OTT. Um estudo global para aferir a importância das Gravações Automáticas revela a sua relevância no panorama de serviços multimédia e a sua adequação enquanto caso de uso de migração para cenários OTT. São obtidos registos de consumos de um serviço de produção de Gravações Automáticas, representando mais de 1 milhão de assinantes, para caracterizar e extrair informação de consumos numa escala e âmbito não contemplados ate a data na literatura. Esta caracterização e utilizada para construir modelos de previsão de carga, tirando partido de sistemas de machine learning, que permitem optimizações estáticas e dinâmicas dos sistemas de entrega de conteúdos em OTT através de previsões das necessidades de largura de banda e armazenamento, potenciando ganhos significativos em consumo energético e custos. Um novo mecanismo de caching, Most Popularly Used (MPU), demonstra um desempenho superior as soluções de referencia, quer em cenários de simulação quer experimentais. A necessidade de medição exacta da QoE em streaming adaptativo HTTP motiva a criaçao de um modelo capaz de endereçar aspectos específicos destas tecnologias adaptativas. Ao endereçar a cadeia completa de entrega através de uma arquitectura consciente dos seus conteúdos, esta Tese demonstra que são possíveis melhorias de desempenho muito significativas nas redes de entregas de conteúdos em OTT de próxima geração.

Doutoramento em Engenharia Eletrotécnica Wireless access networks have become available almost everywhere. In the same area we can have access to several networks of the same or di erent technologies that can present di erent characteristics. Alongside the evolution of access networks, we have the evolution of terminals. These are currently equipped with a multitude of wireless interfaces, easier to carry and more accessible to users. In uenced by these features, users began to change the way they use their devices to obtain information. The introduction of these new terminals in environments with several networks brings up a high number of new opportunities. The way that available resources are addressed by the users' terminals needs to evolve to a new level. Users' requirements are increasingly stringent and di cult to ful l; however, even with several available networks at terminals' range, they only take advantage of one of them. In this sense, this Thesis proposes a new reliable, exible, context-, resource-, and mobility-aware architecture that can provide e cient communication in heterogeneous and dynamic environments, using all the available networks resources. The Thesis starts with an analytical analysis in terms of the multihoming and network coding impact on typical wireless networks. It is proposed a new approach that combines these concepts to improve the allocation of network resources and the communication process in heterogeneous technologies. The outcome of this study shows the advantages of using multihoming and network coding in terms of the system performance. Next, we evolve this analytical analysis and propose a dynamic architecture capable of integrating multihoming, mobility and context-information. This is then implemented and evaluated in real scenarios with both Wi-Fi and cellular networks. After the implementation of a functional prototype based on information extracted from the environment, we propose a machine learning process able to predict information based on previous actions. The learning mechanism extracts the required information, creates its owns databases in a dynamic way and identi es when the existing information is enough to perform a good prediction. The outcome of this study demonstrates the signi cant reduction of the overhead, enabling a more scalable process. Finally, we go further in the resources management and integrate and evolve our approach to a real vehicular environment, assuming both the single-hop and multihop con gurations. It is developed the capability to split the tra c through the di erent networks, based on the type of tra c, the networks and vehicles characteristics. Furthermore, it is proposed both a downlink and an uplink multihoming approach and integrated the use of network coding. Through this study, we can observe the positive impact of our resource management approach in the network performance and in the vehicles mobility. As redes sem os têm-se vindo a tornar acessíveis para os utilizadores nos vários locais onde eles se encontram. Na mesma área geográfica e possível ter acesso a diversas redes, da mesma ou de diferentes tecnologias, as quais podem apresentar características distintas. Paralelamente a evolução das redes de acesso, temos a evolução dos terminais. Estes estão actualmente equipados com múltiplas interfaces de rede, mais fáceis de transportar e mais acessíveis aos utilizadores, o que leva a alteração do modo como estes obtêm informação através dos seus dispositivos. A introdução destes novos terminais em ambientes com múltiplas redes de acesso representa um conjunto elevado de novas oportunidades. O modo como os terminais utilizam os recursos disponíveis necessita de evoluir para um novo patamar. As necessidades dos utilizadores são cada vez mais exigentes e difíceis de garantir; no entanto, mesmo com a presença de diversas redes de acesso ao alcance dos terminais, estes apenas tiram partido de uma delas. Neste sentido, esta Tese propõe uma arquitectura de mobilidade e multihoming flexível, baseada em contexto, capaz de fornecer uma comunicação e ciente em ambientes dinâmicos e heterogéneos. Esta Tese inicia com uma analise analítica referente ao impacto na rede devido a utilização dos conceitos de multihoming e network coding, onde e proposta uma abordagem que combina estes dois conceitos de forma a optimizar a alocação dos recursos e o processo de comunicação. Através deste estudo e possível verificar as vantagens da utilização do multihoming e network coding em termos de desempenho do sistema, e validar os algoritmos propostos para obter uma configuração de ambos os mecanismos de forma optimizada. Seguidamente, como evolução a analise analítica, propomos uma arquitectura dinâmica capaz de integrar multihoming, mobilidade e informação de contexto. Esta foi implementada e analisada em cenários reais assumindo tanto redes Wi-Fi como celulares. Após a implementação de um protótipo funcional baseado na informação extra da do meio-ambiente, o processo como esta mesma informação e extra da sofre uma optimização. Com a adopção do conceito de aprendizagem de máquina, e introduzida a capacidade de efectuar previsões com base em acções passadas. E então proposto um mecanismo de aprendizagem que obtém a informação da rede necessária, cria as suas próprias bases de dados de forma dinâmica, e tem a capacidade de identificar se a informação que tem disponível permite efectuar uma boa previsão do estado da rede. Através deste estudo, e possível verificar uma redução significativa do overhead introduzido na rede para a extracção das suas características, atingindo um processo mais escalável. Porém, de forma a evoluir a nossa abordagem de gestão de recursos, esta foi integrada num cenário real de redes veiculares, assumindo tanto ligações de um salto ou de múltiplos saltos. E desenvolvida a capacidade de dividir o tráfego pelas várias redes tendo em conta o tipo de tráfego em analise, bem como as características da rede e mobilidade do veiculo. Para alem disto, e também proposta uma abordagem de multihoming para tráfego de downlink e uplink, e e integrado um mecanismo de network coding para optimização do desempenho da rede nas varias interfaces. Com este estudo podemos observar o impacto positivo na rede do nosso mecanismo de gestão de recursos com mobilidade, multihoming e network coding.

Doutoramento em Engenharia Eletrotécnica Submitted by Carla Jesus (cjesus@ua.pt) on 2018-03-22T11:35:24Z No. of bitstreams: 1 NelsonCapelaPhD_35501.pdf: 32165626 bytes, checksum: 71ebd1b0e1003b709cdd5177c7da1643 (MD5) Made available in DSpace on 2018-03-22T11:35:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NelsonCapelaPhD_35501.pdf: 32165626 bytes, checksum: 71ebd1b0e1003b709cdd5177c7da1643 (MD5) Previous issue date: 2017-03-30

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações O protocolo Spanning Tree é antigo e completamente desajustado às necessidades das redes Ethernet de hoje em dia. Os seus sucessores, Rapid Spanning Tree Protocol e Multiple Spanning Trees apresentam igualmente problemas de estabilidade e tempos de convergência inadequados. Recentemente foram propostos para standardização, dois novos protocolos que visam a substituição desses protocolos baseados em árvores abrangentes (spanning trees): o TRILL, por parte do IETF, e o SPB, por parte do IEEE. Muito embora sejam idênticos em diversas características, apresentam paradigmas de encaminhamento bastante distintos. O TRILL actua como um protocolo de Layer 3, enquanto que o SPB comporta-se como um típico protocolo de Layer 2. Tanto o TRILL como o SPB adequam-se a grandes redes Ethernet, requerem muito processamento das máquinas e implicam avultados investimentos em novos equipamentos. O protocolo Self-Configurable Switches (SCS) visa substituir os protocolos de spanning tree, alterando radicalmente a filosofia de encaminhamento e controlo de tramas nas redes Ethernet, mas mantendo-se adequado ao segmento dos equipamentos e redes que actualmente correm esses protocolos de spanning tree, minimizando assim potenciais investimentos exagerados. Esta tese apresenta um resumo das funcionalidades e problemas dos actuais protocolos de spanning tree, as principais características dos novos protocolos propostos a standardização e os processos e mecanismos do novo protocolo Self-Configurable Switches (SCS). No final, são apresentados resultados de testes comparativos de funcionalidade, aplicabilidade e performance do protocolo SCS versus os protocolos de spanning tree, que atestam o desempenho superior do protocolo SCS. The Spanning Tree Protocol is old and completely misadjusted towards current Ethernet networks requirements. Its successors, Rapid Spanning Tree Protocol and Multiple Spanning Trees reveal also stability problems and poor convergence times. Recently two new protocols aiming spanning tree protocols substitution were proposed to standard: IETF’s TRILL and IEEE’s SPB. Although similar in many aspects, their forwarding paradigms are quite different. TRILL acts like a Layer 3 protocol, whereas SPB keeps the typical Layer 2 protocol behaviour. Both TRILL and SPB target backbone or core Ethernet networks, requiring great processing power from bridges and huge investment in new gear. Self-Configurable Switches protocol (SCS) objective is to replace the spanning tree protocols, changing radically the frame forwarding and control philosophy over Ethernet networks, but keep being suitable to the range of equipment and networks that tipically run those spanning tree protocols, minimizing potential large investments. This thesis presents an overview of all features and problems of spanning tree protocols, the main characteristics of the new proposal standards and the processes and mechanisms of the new Self-Configurable Switches protocol. At the end, test results are presented regarding features, feasability and performance of SCS protocol versus the spanning tree protocols, which attest SCS protocol superior performance.

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações A virtualização é uma peça fundamental no processo actual de inovação em computação e em networking. Este conceito de separar as funcionalidades da infraestrutura subjacente permite a consolidação do uso de recursos físicos, reduzindo preços e impacto ambiental. Também permite a conversão de Capital Expenditure (CAPEX) em Operational Expenditure (OPEX), disponibilizando um conjunto de soluções para o mercado de comunicações e computação que é muito interessante para os operadores de telecomunicações. A virtualização de servidores permite que, no mesmo servidor físico, diferentes servidores virtuais possam coexistir partilhando recursos mas permanecendo isolados e independentes, consolidando o uso do servidor físico. Este foi um passo fundamentam para permitir do desenvolvimento de serviços de Cloud Computing (CC). Apesar de CC ser normalmente definido como "on-demand network access to a shared pool of computing resources" [38], a rede que liga até aos recursos de CC - a Internet - não é controlada pelo cliente. A falta de garantias relativamente à congestão de tráfego e outros aspectos de Quality of Service (QoS) podem inibir empresas que procuram serviços de CC de alta performance e com elevadas garantias de usarem CC. Neste contexto, a virtualização de rede surge como uma oportunidade para ligar todos os recursos através de uma rede virtual gerida pelo cliente e independente do restante tráfego e redes que usam a Internet, com garantias de performance de rede mais do que só de computação. Assim, esta Dissertação tem como principal objectivo integrar os conceitos de rede e CC e fazer uma gestão integrada de recursos virtuais de rede e cloud. Também se pretende evoluir em duas direcções distintas: Virtual Networks (VNs) & Cloud e Virtual Private Networks (VPNs) & Cloud. Neste sentido, são propostos e estudados mecanismos de mapeamento integrado de recursos de rede e de cloud, assim como soluções para a criação de redes virtuais num modelo semelhante ao das VPNs. Estes mecanismos avançados foram então seleccionados de acordo com os resultados de simulação e integrados na plataforma de virtualização Network Virtualization System Suite (NVSS), a ser desenvolvida no âmbito do projecto SAIL. Posteriormente, foi avaliado experimentalmente o desempenho da plataforma ao nível do mapeamento, em termos da qualidade das soluções de mapeamento e dos tempos envolvidos, tanto nas soluções de VN & Cloud como de VPN & Cloud. Foi também feito um breve estudo experimental sobre a influência da virtualização no tráfego e de que forma ela pode afectar o número máximo de redes virtuais que podem coexistir. Os resultados obtidos permitem verificar que a NVSS passou a poder gerir recursos cloud para além dos de rede, e a suportar redes em modo VN ou VPN, fazendo uso de um mecanismo de mapeamento integrado de cloud e rede previamente estudado e optimizado. Virtualization is a key enabler of innovation nowadays both in computing as in networking. This concept of decoupling functionalities from the underlying infrastructure allows for consolidation in the use of physical resources, thus reducing costs and environmental impact. It also allows the conversion of CAPEX to OPEX, making available a set of solutions for the communications and computing market which is very interesting for telecommunications operators. Server virtualization allows that, in the same physical server, several virtual servers can coexist sharing the resources but remaining isolated and independent, consolidating the use of the physical server. This was a fundamental step to enable the development of CC services. In spite of CC being commonly defined as "on-demand network access to a shared pool of computing resources" [38], the network connecting to the CC resources - the Internet - is not controlled by the client. The lack of guarantees regarding traffic congestion and other QoS aspects might inhibit companies searching for high-performing and highly-guaranteed Cloud computing services from using CC. In this context, network virtualization appears as an opportunity to connect all the resources through a virtual network managed by the client and independent from the rest of the traffic and of other networks using the Internet, with guarantees regarding network performance more than just computing performance. This way, this Thesis main objective is to integrate the concepts of network and CC and implement an integrated management of cloud and network virtual resources. It is also a goal to evolve into two different directions: VNs & Cloud and VPNs & Cloud. Therefore, mechanisms for the integrated mapping of cloud and network resources were proposed and studied, as well as solutions for the creation of virtual networks in a similar model to that of VPNs. These advanced mechanisms were then selected according to the simulation results and integrated in the NVSS platform, which is being developed within the SAIL project. Afterwards, the platform’s mapping performance was experimentally evaluated, regarding the quality of mapping solutions and computing times, both in the solutions for VN & Cloud as for VPN & Cloud. A brief experimental study on the influence of virtualization on traffic and how it can limit the maximum number of coexisting VNs was also conducted. The results show that the NVSS became able to support cloud resources besides network resources, and also networks in mode VN as well as VPN, while using an integrated mapping mechanism for cloud and network resources, which was previously studied and optimized.

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações O aparecimento da tecnologia GSM mudou significativamente o panorama das telecomunicações. Desde que surgiram as primeiras redes comerciais,em 1991, o número de utilizadores tem aumentado continuamente. Mais recentemente, os sistemas celulares de terceira geração, entre osquais o UMTS, vieram colmatar algumas insuficiências do GSM aopermitirem acessos de alto débito para suporte de serviços de banda larga,tais como, acesso à Internet e aplicações multimédia. Actualmente, face às elevadas taxas de penetração e de utilização dos sistemas GSM e UMTS, a qualidade de serviço na perspectiva do utilizador assume-se como uma das principais vantagens competitivas dosoperadores presentes no mercado.Cada vez mais os consumidores procuram nos serviços simplicidade de utilização e qualidade superior, ininterruptamente e em qualquer lugar. Nesta dissertação são definidos indicadores de qualidade de serviço eperfis de medida que permitem avaliar o desempenho dos serviços de telefonia (voz e videotelefonia), mensagens (SMS e MMS) e dados (HTTPbrowsing, FTP upload/download e E-Mail send/receive) suportados em sistemas de comunicações móveis GSM e UMTS. Para validação dos indicadores de desempenho e perfis de medida,apresentam-se os resultados de uma análise aos serviços de telefonia, mensagens e dados, de dois operadores GSM/UMTS portugueses. ABSTRACT: The advent of GSM has changed significantly the telecommunications landscape. Since the launch of the first commercial network, in 1991,the number of subscribers has increased continuously. More recently, third generation cellular systems, in particular UMTS, went beyond GSM limitations, leveraging high-speed access and broadband services, such as internet and multimedia applications. Nowadays, due to high penetration and usage of GSM and UMTS systems, the quality of service built upon the user’s point of view is one ofcornerstones where operators seek to take competitive advantages. Consumers increasingly search for ease-of-use and superior quality, anytime and anywhere. This dissertation provides quality of service indicators and measurement profiles that allow a performance evaluation, on telephony (voice and video), messaging (SMS and MMS) and data (HTTP browsing, FTPupload/download and E-mail send/receive) services, of the GSM and UMTS mobile communications systems. To validate the performance indicators and the measurement profiles, the results of an analysis on telephony, messaging and data services,of two Portuguese GSM/UMTS operators, are provided.

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações A área das redes de comunicações está, neste momento, a deparar-se com um novo paradigma causado pela tendência de convergência de redes sem fios e celulares. Desta convergência resultará a existência de uma camada de rede integradora, para facilitar o suporte de mecanismos de Qualidade de Serviço e mobilidade. Aqui, o suporte de mobilidade rápida e transparente, sem ser perceptível pelo utilizador, tem sido alvo de muita atenção, apesar de ainda existirem algumas limitações no seu suporte. A mobilidade transparente entre redes celulares, sem fios e fixas, é ambicionada mas ainda não foi alcançada. O trabalho realizado nesta Dissertação consiste na descrição, especificação, implementação e teste de uma nova arquitectura de mobilidade sobre o protocolo IP. Esta arquitectura é baseada no protocolo de mobilidade Mobility Support for IPv6 e em extensões de Fast Handovers for Mobile IPv6, sendo capaz de efectuar handovers iniciados pelo terminal e pela rede. A mobilidade é transparente entre tecnologias de acesso heterogéneas, através da integração de mecanismos de qualidade de serviço, tais como autorização de handovers, controlo de acesso, reserva e atribuição de recursos no novo ponto de ligação e também integrada com subsistemas de autenticação. São também propostos outros mecanismos de mobilidade rápida que fazem uso do protocolo multicast para distribuir os fluxos de tráfego direccionados ao terminal, pelos routers de acesso vizinhos, permitindo que os terminais móveis mudem para qualquer router de acesso na vizinhança sem interrupção dos serviços em curso. Estes mecanismos foram projectados para terminais móveis com grandes requisitos de mobilidade. No âmbito do projecto IST Daidalos foi efectuada a integração de uma rede de próxima geração (4G) de forma a permitir a realização de testes de desempenho e conformidade aos mecanismos propostos. A presente Dissertação efectua uma avaliação de desempenho de uma arquitectura de mobilidade, em cenários intra- e inter-tecnologia, numa rede de testes real. Nesta avaliação foram utilizadas as métricas de atraso, jitter e perdas de pacotes nas fases de preparação e execução do handover. O impacto deste processo em comunicações de dados sobre TCP e UDP é também analisado. A arquitectura e os resultados obtidos no demonstrador real são apresentados e discutidos. ABSTRACT: The field of network communications is, nowadays, facing a new paradigm caused by the forthcoming convergence of cellular and wireless data networks, which seems unavoidable. This convergence will result on an integration layer, to ease the support for Quality of Service and mobility mechanisms. Here, the support for fast and seamless mobility, not perceptible by the user, has been getting much attention, although several limitations still exist in this support. Seamless mobility between cellular, wireless and wired data networks is envisioned, but not yet achieved. The work performed in the scope of this thesis aims to describe, specify, implement and test a novel mobility architecture based on the IP protocol. This architecture is based on the mobility protocol Mobility Support for IPv6 and on extensions of Fast Handovers for Mobile IPv6 RFCs, and is able to provide mobile terminal and network initiated handovers. The mobility is seamless across heterogeneous access technologies, by integrating Quality of Service mechanisms, such as handover authorization, access control, resources reservation and allocation at the new point of attachment, also integrated with an authentication sub-system. Other novel fast mobility mechanisms are also proposed, which make use of the multicast protocol to distribute the traffic flows directed to the terminal during the handover process among the neighbour access routers, allowing the terminal to handover to any access router in the vicinity without disruption of the ongoing services. These latter mechanisms were designed to mobile terminals with high mobility requirements. In the scope of the IST Daidalos framework an integration process of a next generation (4G) network was carried out in order to perform performance and compliance tests to the proposed mechanisms. Furthermore, this thesis also evaluates the performance of a mobility architecture, both in intra and intertechnology scenarios, in a real testbed. In this evaluation were considered metrics such as packet delay, jitter and loss of the handover in its preparation and execution phases. The impact of the handover on ongoing TCP and UDP data communications is also addressed. The architecture and results obtained from the real demonstrator are also presented and discussed.

Mestrado em Contabilidade e Auditoria As novas tecnologias da informação têm vindo a permitir um incremento significativo do comércio electrónico, prevendo-se que futuramente parte substancial do comércio mundial se realize por via electrónica. O problema que se levanta é o facto de o comércio electrónico não estar delimitado por fronteiras físicas levando à dificuldade da determinação da soberania fiscal de um país sobre os rendimentos que essas trocas comerciais possam gerar promovendo um novo contexto ao nível da tributação dos negócios feitos por meios digitais. Este ambiente electrónico obriga a repensar diversos aspectos relacionados com a fiscalidade nomeadamente quanto à tributação do rendimento e do consumo, eficácia da actuação das administrações fiscais, novas necessidades no desenvolvimento de auditorias digitais, complexidade na análise dos preços de transferência e aumento do risco de práticas de concorrência fiscal prejudicial. Estes desafios têm levado a que organizações como a OCDE e a UE tenham vindo a definir e a desenvolver princípios (neutralidade, eficiência, simplicidade, igualdade e flexibilidade) que visam clarificar as questões que se levantam no âmbito desta problemática. Verificamos a existência de um entendimento global para a manutenção das actuais regras em sede de tributação internacional como forma de garantir o cumprimento dos referidos princípios, não invalidando no entanto a clarificação de certos conceitos, como os de residência e estabelecimento estável no âmbito da tributação directa e a localização das transacções electrónicas ao nível da tributação indirecta. ABSTRACT: New information technologies have come to allow a significant increase in electronic commerce, foreseeing a substantial part of global commerce to be made electronically in the future. The problem that arises is the fact that electronic commerce is not confined by physical frontiers which leads to a difficulty in determining tax sovereignty of a country over incomes that those commercial exchanges can generate, promoting a new context to the taxation level of businesses made by digital means. This electronic sphere forces us to rethink various aspects related with fiscalisation, namely in relation to income and consumption taxation, performance efficiency of tax management, new requirements in the development of digital auditing, complexity in the analysis of transfer prices and the increased risk in practices of harmful tax competition. These challenges have led to organisations such as the OCDE and the EU to define and to develop principles (neutrality, efficiency, simplicity, equality and flexibility) which aims to clarify the questions of the problems that arise in this scope. The existence of a global understanding for the maintenance of current rules was observed, in the headquarters of international taxation as a way to guarantee the accomplishment of the principles referred, nevertheless not eliminating the clarification of certain concepts, such as the residency and stable establishment in the scope of direct taxation and location of electronic transactions at the level of indirect taxation.

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações A procura de serviços e de aplicações com elevadas exigências de largura de banda, e a vontade crescente para aceder a este tipo de serviços em qualquer lugar, torna necessária a integração da Internet actual com as redes móveis de próxima geração. No entanto, existirão sempre àreas remotas onde o acesso à Internet, e nomeadamente a serviços de banda larga, será difícil de conseguir. O protocolo IEEE 802.16 é uma tecnologia de banda larga sem fios que pode ser usada neste tipo de cenários. Esta dissertação apresenta uma arquitectura de rede capaz de suportar serviços de tempo real com integração de QoS em ambientes IPv6 através da utilização de redes IEEE 802.16. Nomeadamente, a arquitectura definida suporta o acesso dinâmico e rápido por parte dos terminais móveis aos serviços de rede, tal como reservas e modificações dinâmicas de serviços de tempo real, característica essencial para o suporte de alta mobilidade. Para além disto, a solução proposta fornece também suporte IPv6 e diferenciação de serviços direccionados para o mesmo terminal móvel. Esta dissertação apresenta a arquitectura desenvolvida, os módulos necessários para a integração da tecnologia IEEE 802.16 num ambiente de próxima geração, a implementação desses módulos para a construção de uma rede real, e testes para avaliar o desempenho da rede em termos de QoS num ambiente de rede de acesso mista, composta por IEEE 802.16 e IEEE 802.11. São também efectuados testes de mobilidade para avaliar o desempenho da solução descrita neste tipo de ambientes. Os resultados obtidos com a arquitectura desenvolvida mostram que a arquitectura pode fornecer QoS fima- fim sobre a concatenação de redes metropolitanas e locais, com suporte de mobilidade. The growing demand of high bandwidth services and applications, and the increasing will of access to these services anywhere, is motivating the requirement to integrate the current Internet with the future mobile networks. However, there will always be remote areas where Internet access will be difficult to achieve. The IEEE 802.16 is an attractive broadband wireless technology for these scenarios, non-withstanding its limitations for dynamic environments. This Thesis discusses a network architecture able to support IPv6 QoS aware real time services using 802.16 networks. Specifically, this solution supports dynamic and fast access from the Mobile Nodes to the network services, as well as dynamic reservations and modifications of services. These fast and dynamic reservations are crucial to the support of fast mobility approaches. Moreover, the proposed solution is also able to provide IPv6 support and efficient traffic differentiation for services running on the same MN. This Thesis presents the envisioned architecture, the modules required to provide the integrated QoS approach over the 802.16 network, the implementation of the modules to build a real network, and address main implementation results in terms of QoS performance, and in terms of mobility with QoS support for converged networks comprising WiMAX and Wi-Fi technologies. The obtained results show that our architecture is able to provide end-to-end QoS over the concatenation of metro and local area networks, and that seamless mobility is achieved with high performance measures, thus being able to support real-time services.

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações As redes de comunicações têm assumido um papel cada vez mais importante no quotidiano das pessoas, empresas e instituições. O constante desenvolvimento das redes de comunicações e a globalização da informação permitiu assistir, em menos de meia década, ao aumento dos débitos de transferência da informação no acesso à Internet através da linha do assinante, de 56 Kbit/s para 16 Mbit/s. As redes de comunicações são cada vez mais sofisticadas e complexas e os serviços suportados estão em constante renovação e crescimento. A engenharia de Tráfego assume uma importância fundamental neste cenário complexo em constante evolução, fornecendo metodologias para dimensionar os recursos e parametrizar os mecanismos de controlo das redes, de forma eficiente. Uma das ferramentas utilizadas pela engenharia de Tráfego é a simulação. A simulação permite levar a cabo estudos de desempenho das redes de comunicações com grande detalhe, em geral superior ao dos modelos de análise teórica. A simulação possibilita (i) avaliar e completar modelos de análise teóricos, (ii) escolher entre as diferentes alternativas disponíveis para implementar os vários mecanismos de controlo de rede e determinar os valores mais adequados dos seus parâmetros, (iii) dimensionar os recursos das redes de forma eficiente e (iv) levar a cabo estudos de evolução das redes com base em estimativas de crescimento do tráfego. Esta dissertação tem como objectivo estudar um conjunto de problemas de desempenho em redes de comunicações com o auxílio do simulador de redes NS-2 (Network Simulator). Inicialmente é efectuado um estudo de simulação dos principais sistemas de filas de espera, comparando-se os resultados teóricos com os resultados obtidos por simulação. De seguida, são estudados por simulação diversos mecanismos de controlo de redes, nomeadamente os algoritmos de escalonamento, as técnicas de descarte de pacotes, os mecanismos de controlo de congestionamento e de policiamento de fluxo. No final, as arquitecturas de Qualidade de Serviço são analisadas. Como parte deste trabalho, foram efectuados acrescentos ao NS-2, nomeadamente a criação de dois novos objectos que permitem gerar tráfego de pacotes com chegadas de Poisson e comprimentos exponencialmente distribuídos e que permitem extrair todas as medidas de desempenho de um sistema de fila de espera. ABSTRACT: The role of the communications networks is being increasingly important in the daily life of the persons, companies and institutions. The constant development of the communications network and the globalization of the information allowed us to attend, in less than one half of decade, to the increase of the information transmission rate in the Internet access through the subscriber lines, from 56 Kbit/s to 16 Mbit/s. The communications networks are increasingly sophisticated and complex and the supported service are constantly renewing and growing. The Traffic engineering is of fundamental importance in this complex environment in constant evolution, supplying methodologies for an efficient network dimensioning and choice of the correct parameters of the network control mechanisms. One of the tools usually used by the Traffic engineering is the simulation. The simulation allows the accomplishment of performance studies of the communications networks with significant detail, in general larger than the one provided by analytical models. The simulation enables to (i) evaluate and enhance theoretical models, (ii) choose between different available control network mechanisms and evaluate the adequate values of its parameters, (iii) dimension the network resources in an efficient way and (iv) study the network evolution with information on the traffic growth estimation. The objective of this master thesis is to study a set of network communication performance issues with the aid of the simulator networks NS-2 (Network Simulator). Initially it is performed a simulation study of the main queuing systems, comparing the theoretical results with the ones obtained by simulation. Next, several control mechanisms of the networks are studied by simulation, such as the scheduling algorithms, the packet discards mechanisms, the congestion control mechanisms and traffic regulation mechanisms. At the end, the Quality of Service architectures are studied. As part of this work, add-ons to the NS-2 simulator were performed, namely, the creation of two new objects that generate packet traffic with Poisson inter-arrival time and exponentially distributed packets length, and that enable the extraction of all the performance metrics in a queuing system.