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Este trabalho tem base na demanda de pesquisas e desenvolvimento de tecnologias de redes de comunicação (fieldbus) que visam à integração de sistemas de automação e controle para aplicações em sistemas agrícolas. Sistemas agrícolas relacionados com as práticas da agricultura de precisão, com sistemas embarcados em máquinas e implementos agrícolas e com sistemas de controle de estufas e criadouros. É fundamentado também pelos esforços conjuntos no sentido de promover padronização e implementação da norma ISO11783, baseada no CAN, que dê suporte às práticas agrícolas relacionadas com a aquisição e transmissão de grande quantidade de dados. Um dos principais desafios associados ao projeto e utilização de redes de comunicação como o CAN, está relacionado à dificuldade de definição dos parâmetros de configuração para um bom desempenho da rede. O dimensionamento desses parâmetros exerce forte influência no desempenho da rede analisada. Sob o contexto destas necessidades relacionadas, este trabalho apresenta a pesquisa e o desenvolvimento de uma ferramenta de análise de desempenho de redes fieldbus baseada no protocolo CAN para integração de dispositivos em aplicações em sistemas agrícolas. As etapas desse desenvolvimento consistem na sistematização e validação de um modelo matemático do enlace de dados da rede...

A grande evolução nos sistemas de comunicação, relacionados à transmissão de conteúdo multimídia nas redes de comunicação de dados e de transmissão de TV, demanda soluções de gerência da qualidade de serviço fim-a-fim. Diante deste cenário é proposta nesse trabalho a definição, implementação e validação de uma solução para monitoramento de transmissão de mídia que permite ser aplicada em arquiteturas de redes heterogêneas. Essas redes possuem a característica de integrar diversas tecnologias de redes de comunicação de dados e de telecomunicações, envolvendo redes modernas e antigas, padronizadas e proprietárias. Este trabalho apresenta um sistema de monitoramento para transmissão de TV Digital em ambientes heterogêneos convergentes, isto é, redes que utilizam tecnologias e meios de transmissão distintos para transmissão de vários tipos de fluxos, e com foco na aplicação TV Digital. Para isso, são discutidos aspectos fundamentais para o monitoramento de fluxo de TV Digital neste tipo de rede e é feita uma análise da comunicação entre os subsistemas do ambiente. O sistema de monitoramento possui uma arquitetura definida que se baseia no protocolo RTP Real-time Transport Protocol, para suportar a transmissão de mídias...

O crescente aumento da demanda de tráfego nas redes celulares vem aumentando a necessidade de uma melhor utilização dos recursos do sistema, já que sua expansão é custosa. Nas estações rádio base (ERB), a disponibilidade de largura de faixa de freqüências é limitada e desta maneira, em uma rede de comunicação móvel celular, o controle de admissão de chamadas exerce grande influência no desempenho do sistema, pois determina a utilização de banda das ERBs e se uma determinada quantidade de recursos (banda) será alocado ou não para uma determinada chamada. O desempenho da rede pode ser atrelado a determinados parâmetros, como a probabilidade de bloqueio de novas chamadas, probabilidade de bloqueio de chamadas handoff e a utilização de banda da rede. Este trabalho propõe um controle de admissão de chamadas que, no atendimento de uma chamada, faz o empréstimo de banda de chamadas em andamento na célula no caso de banda insuficiente. O sistema adota um mecanismo heurístico que determina a banda disponível para novas chamadas conforme os valores de certos parâmetros do sistema. O empréstimo de banda é realizado em chamadas em andamento nas células até níveis mínimos estabelecidos para cada tipo de chamada...

Os sistemas de comunicação de dados sempre foram considerados um fator crítico na operação em tempo real do sistema elétrico de potência, devido a necessidade de decisões rápidas e precisas em pontos geograficamente distribuídos, desde usinas geradoras de energia até interfaces de usuários. Com a tecnologia digital, as medições, sinalizações e comandos são encapsulados em pacotes de dados que trafegam na rede da subestação, utilizando protocolos que estabelecem os formatos, as regras, os métodos, negociando e concordando no uso de parâmetros, que assegurem o transporte de informações entre dois ou mais dispositivos do sistema de automação da subestação. Uma vez que o número de protocolos de comunicação tem se tornado um desafio para usuários e fabricantes, criando ilhas de informação, o padrão IEC-61850 busca harmonizar a diversidade de equipamentos e fabricantes, e possibilitar a integração de dados para que o máximo dos benefícios possa ser extraído. Como proposta que principia esta dissertação, ambiciona-se expor a implementação no Laboratório de Sistemas de Energia Elétrica, da Universidade de São Paulo, de uma infra-estrutura de comunicação de dados e redes de computadores, Intranet...

A comunicação de Voz sobre IP (VoIP) vem aumentando com o decorrer do tempo e as redes de comunicação estão se tornando cada vez mais congestionadas, ocasionando perda de pacotes e latência nas redes, prejudicando diretamente a qualidade das comunicações de voz. Neste trabalho, foi estudado em detalhe como a qualidade do sinal de voz transmitido em uma comunicação VoIP é afetada por parâmetros da rede e pelo tipo de codificador utilizado na comunicação. Uma contribuição importante deste trabalho é a apresentação de uma metodologia que serve para predizer o comportamento de um codificador de voz em diferentes cenários de redes. O estabelecimento de um mecanismo de controle que otimize a utilização da rede e ao mesmo tempo garanta a melhor qualidade possível do sinal de voz transmitido vem sendo motivo de pesquisa. O emprego de codificadores multitaxa nas comunicações de voz possibilita a implementação de algoritmos que controlem a comutação destas taxas de codificação baseados em diferentes fatores de decisão como as características do sinal de voz a ser transmitido ou empregando a informação dos parâmetros de rede. Este trabalho apresenta um algoritmo de determinação de taxa de codificação com fator de decisão baseado na qualidade do sinal avaliada no ponto da recepção ou em algum ponto intermediário. Para realização dos testes montou-se um cenário de emulação de rede IP para o estabelecimento de uma chamada VoIP...

Este trabalho propõe analisar o desempenho de redes de comunicação industrial em aplicações de acionamentos de motores elétricos trifásicos. Compara-se o desempenho da tecnologia Profibus DP em relação à Profinet. O desempenho é verificado a partir de especificações técnicas de ambos protocolos e experimentos práticos para coleta de dados e análise dos seguintes indicadores de desempenho: tempo de ciclo, jitter e ocupação de largura de banda. Adicionalmente, é verificado o desempenho de uma aplicação de controle de posição, utilizando estes protocolos na malha de controle, através do tempo de acomodação do sistema. Conclusões mostram que a rede Profibus DPV0 é a mais rápida quando possui menos dispositivos, porém o Profinet RT consegue manter baixos valores de tempo de ciclo mesmo com grande quantidade de dispositivos e possui maior determinismo na topologia em barramento. No que diz respeito ao controle de posição estudado, as tecnologias apresentam desempenho similar para tempo de acomodação do sistema, porém o Profinet IRT foi o mais determinístico.; This work proposes a performance analysis of industrial communication networks in applications of electric AC motor drives. It compares the performance of Profibus DP technology in relation to Profinet. Performance is verified from technical specifications of both protocols and practical experiments for data collection and analysis of the following performance indicators: cycle time...

O CAN (Controller Area Network) é um padrão no barramento de comunicação, amplamente difundido em aplicações industriais, particularmente em sistemas automotivos. Atualmente, um dos principais problemas no ramo automotivo é que esse barramento está com muitas mensagens no barramento, resultado da incorporação incremental de sistemas eletrônicos em automóveis, visto que há uma exigência maior de conectividade devido às exigências da sociedade e mercado. Como alternativa, vem sendo desenvolvida uma nova rede de comunicação, conhecida como CAN with Flexible Data-Rate (CAN-FD), que é um barramento com velocidade de transmissão de informação mais alta e maior capacidade de transporte de dados. Este projeto tem por objetivo principal explorar as funcionalidades da rede CAN-FD, através de simulações do trânsito de mensagens numa rede CAN-FD usando os dados de uma rede real CAN, e verificando a previsibilidade de ambas no âmbito de um protocolo que possa atender à demanda de sistemas complexos. A comparação é executada a partir de um conjunto de mensagens adicionadas na rede, para verificar os limites de transmissão de cada uma das redes, e os respectivos tempos de atraso das mensagens. Como um segundo estudo de caso...

Este trabalho propôs o desenvolvimento e a avaliação de uma metodologia com o propósito de identificar anomalias em redes de comunicação Profinet, muito utilizadas na automação de plantas industriais. A metodologia desenvolvida está fundamentada na análise das características de comunicação do protocolo Profinet e na identificação e classificação de padrões, sendo esta, uma das principais aplicações do uso de Redes Neurais Artificiais (RNA). As anomalias são identificadas por meio da análise do tráfego de rede Profinet em sua fase de operação. Tais anomalias podem ser desde defeitos comuns apresentados pelos equipamentos da rede e/ou tentativas de ataques a esta, que por sua vez, podem gerar instabilidade e mau funcionamento da unidade industrial que fazem parte. Para o desenvolvimento deste trabalho foram apresentados: o detalhamento do protocolo Profinet, os mecanismos de segurança mais utilizados atualmente, os tipos de sistemas de detecção de anomalias existentes e os principais tipos de ataques em redes de comunicação conhecidos na literatura. Alguns ensaios para a validação da metodologia foram realizados, utilizando-se uma infraestrutura de rede instalada em laboratório. Ensaios com diferentes tipos de equipamentos interligados em rede foram realizados e os resultados apresentados. Como resultado final...

Atualmente provedores de infraestrutura (Infrastructure Providers - InPs) alocam recursos virtualizados, computacionais e de rede, de seus data centers para provedores de serviços na forma de data centers virtuais (Virtual Data Centers - VDCs). Almejando maximizar seus lucros e usar de forma eficiente os recursos de seus data centers, InPs lidam com o problema de otimizar a alocação de múltiplos VDCs. Mesmo que a alocação de máquinas virtuais em servidores seja feita de maneira otimizada por diversas técnicas e algoritmos já existentes, aplicações de computação em nuvem ainda tem o desempenho prejudicado pelo gargalo do subaproveitamento de recursos de rede, explicitamente definidos por limitações de largura de banda e latência. Baseado no paradigma de Redes Definidas por Software, nós aplicamos o modelo de rede como serviço (Network-as-a-Service - NaaS) para construir uma arquitetura de data center bem definida para dar suporte ao problema de aprovisionamento de redes virtuais em data centers. Construímos serviços sobre o plano de controle da plataforma RouteFlow os quais tratam a alocação de redes virtuais de data center otimizando a utilização de recursos da infraestrutura de rede. O algoritmo proposto neste trabalho realiza a tarefa de alocação de redes virtuais...

As Cidades Digitais, viabilizadas pelo grande desenvolvimento alcançado pelas Tecnologias da Informação e das Comunicações nos últimos 30 anos, surgem hoje como um novo paradigma nestas áreas. As Cidades Digitais promovem grandes benefícios para a população e para o governo, através de ambientes virtuais de oferecimento de serviços, por meio de redes de comunicações digitais. Nesse cenário, as redes de sensores, principalmente as redes sem fio, desempenham papel fundamental para permitir a coleta de dados em tempo real no âmbito municipal, produzindo grande quantidade de informações importantes para fins de análise, previsão e tomada de decisão. Esse cenário permite o monitoramento de uma grande variedade de dados e informações. Sendo assim, são utilizados diferentes tipos de redes de sensores em termos de hardware e software. Essa heterogeneidade de dispositivos e de tecnologia resulta em ilhas de sistemas, restritos à domínios específicos de aplicação, prejudicando o gerenciamento das redes e a interoperabilidade entre as aplicações. Diante desse cenário, esse trabalho propõe uma arquitetura para monitoramento e gerenciamento de redes sensoras em Cidades Digitais. A arquitetura proposta é baseada no conceito de orientação a serviços...

The little data book on information and communication technology charts the progress of this revolution for 208 countries around the world. It provides comparable statistics on the sector for 2000 and 2005, across a range of indicators, enabling readers to readily compare countries. This guide includes indicators covering the economic and social context, the structure of the information and communication technology sector, and sector performance related to access, quality, affordability, institutional efficiency, and applications. The glossary contains definitions of the terms used in the tables.

The little data book on information and communication technology 2008 charts the progress of this revolution for 209 countries around the world. It provides comparable statistics on the sector for 2000 and 2006 across a range of indicators, enabling readers to readily compare countries. This guide includes indicators covering the economic and social context, the structure of the information and communication technology sector, and sector performance related to access, quality, affordability, institutional efficiency, and applications. The glossary contains definitions of the terms used in the tables.

In the most general sense, convergence is the integration of any traditionally segmented areas of communications systems. Convergence is happening today in Egypt, and is driven by the growth of digital media and packet data communication. In specific terms, it is essential that the Government of Egypt should create the environment in which convergence can occur without impediment. This will allow increased and risk-reduced investment in the ICTs sector, positively influence employment and industry growth, and enable Egypt to establish itself as a hub for content and services for the Arab world. Indirect impacts such as the effect on employment in the ICT sector and in the upstream content industry are more difficult to quantify without a detailed analysis of these individual industries in Egypt. However, the evidence from other countries indicates that these sectors could be significant in terms of the contribution to the economic output of the country and employment. Finally, we also considered the overall impact of the sector on economic growth in Egypt. It is not possible to isolate the specific impact of convergence on economic growth. However...

The goal of this thesis is the development, implementation and assessment of efficient particle filters (PFs) for various target tracking applications on wireless sensor networks (WSNs). We first focus on developing efficient models and particle filters for indoor tracking using received signal strength (RSS) in WSNs. RSS is a very appealing type of measurement for indoor tracking because of its availability on many existing communication networks. In particular, most current wireless communication networks (WiFi, ZigBee or even cellular networks) provide radio signal strength (RSS) measurements for each radio transmission. Unfortunately, RSS in indoor scenarios is highly influenced by multipath propagation and, thus, it turns out very hard to adequately model the correspondence between the received power and the transmitterto- receiver distance. Further, the trajectories that the targets perform in indoor scenarios usually have abrupt changes that result from avoiding walls and furniture and consequently the target dynamics is also difficult to model. In Chapter 3 we propose a flexible probabilistic scheme that allows the description of different classes of target dynamics and propagation environments through the use of multiple switching models. The resulting state-space structure is termed a generalized switching multiple model (GSMM) system. The drawback of the GSMM system is the increase in the dimension of the system state and...

The prospect of new biological and industrial applications that require communication in micro-scale, encourages research on the design of bio-compatible communication networks using networking primitives already available in nature. One of the most promising candidates for constructing such networks is to adapt and engineer specific types of bacteria that are capable of sensing, actuation, and above all, communication with each other. In this paper, we describe a new architecture for networks of bacteria to form a data collecting network, as in traditional sensor networks. The key to this architecture is the fact that the node in the network itself is a bacterial colony; as an individual bacterium (biological agent) is a tiny unreliable element with limited capabilities. We describe such a network under two different scenarios. We study the data gathering (sensing and multihop communication) scenario as in sensor networks followed by the consensus problem in a multi-node network. We will explain as to how the bacteria in the colony collectively orchestrate their actions as a node to perform sensing and relaying tasks that would not be possible (at least reliably) by an individual bacterium. Each single bacterium in the colony forms a belief by sensing external parameter (e.g....

A diverse variety of processes --- including recurrent disease episodes, neuron firing, and communication patterns among humans --- can be described using inter-event time (IET) distributions. Many such processes are ongoing, although event sequences are only available during a finite observation window. Because the observation time window is more likely to begin or end during long IETs than during short ones, the analysis of such data is susceptible to a bias induced by the finite observation period. In this paper, we illustrate how this length bias is born and how it can be corrected without assuming any particular shape for the IET distribution. To do this, we model event sequences using stationary renewal processes, and we formulate simple heuristics for determining the severity of the bias. To illustrate our results, we focus on the example of empirical communication networks, which are temporal networks that are constructed from communication events. The IET distributions of such systems guide efforts to build models of human behavior, and the variance of IETs is very important for estimating the spreading rate of information in networks of temporal interactions. We analyze several well-known data sets from the literature, and we find that the resulting bias can lead to systematic underestimates of the variance in the IET distributions and that correcting for the bias can lead to qualitatively different results for the tails of the IET distributions.; Comment: 11 pages...

In this paper, we review the parallel and distributed optimization algorithms based on the alternating direction method of multipliers (ADMM) for solving "big data" optimization problems in modern communication networks. We first introduce the canonical formulation of the large-scale optimization problem. Next, we describe the general form of ADMM and then focus on several direct extensions and sophisticated modifications of ADMM from $2$-block to $N$-block settings to deal with the optimization problem. The iterative schemes and convergence properties of each extension/modification are given, and the implementation on large-scale computing facilities is also illustrated. Finally, we numerate several applications in communication networks, such as the security constrained optimal power flow problem in smart grid networks and mobile data offloading problem in software defined networks (SDNs).

Wireless sensor networks are an important technology for making distributed autonomous measures in hostile or inaccessible environments. Among the challenges they pose, the way data travel among them is a relevant issue since their structure is quite dynamic. The operational topology of such devices can often be described by complex networks. In this work, we assess the variation of measures commonly employed in the complex networks literature applied to wireless sensor networks. Four data communication strategies were considered: geometric, random, small-world, and scale-free models, along with the shortest path length measure. The sensitivity of this measure was analyzed with respect to the following perturbations: insertion and removal of nodes in the geometric strategy; and insertion, removal and rewiring of links in the other models. The assessment was performed using the normalized Kullback-Leibler divergence and Hellinger distance quantifiers, both deriving from the Information Theory framework. The results reveal that the shortest path length is sensitive to perturbations.; Comment: 12 pages, 4 figures, Central European Journal of Physics

Big data open up unprecedented opportunities to investigate complex systems including the society. In particular, communication data serve as major sources for computational social sciences but they have to be cleaned and filtered as they may contain spurious information due to recording errors as well as interactions, like commercial and marketing activities, not directly related to the social network. The network constructed from communication data can only be considered as a proxy for the network of social relationships. Here we apply a systematic method, based on multiple hypothesis testing, to statistically validate the links and then construct the corresponding Bonferroni network, generalized to the directed case. We study two large datasets of mobile phone records, one from Europe and the other from China. For both datasets we compare the raw data networks with the corresponding Bonferroni networks and point out significant differences in the structures and in the basic network measures. We show evidence that the Bonferroni network provides a better proxy for the network of social interactions than the original one. By using the filtered networks we investigated the statistics and temporal evolution of small directed 3-motifs and conclude that closed communication triads have a formation time-scale...

Due to their inherent complexity, engineered wireless multihop ad hoc communication networks represent a technological challenge. Having no mastering infrastructure the nodes have to selforganize themselves in such a way that for example network connectivity, good data traffic performance and robustness are guaranteed. In this contribution the focus is on routing & congestion control. First, random data traffic along shortest path routes is studied by simulations as well as theoretical modeling. Measures of congestion like end-to-end time delay and relaxation times are given. A scaling law of the average time delay with respect to network size is revealed and found to depend on the underlying network topology. In the second step, a distributive routing & congestion control is proposed. Each node locally propagates its routing cost estimates and information about its congestion state to its neighbors, which then update their respective cost estimates. This allows for a flexible adaptation of end-to-end routes to the overall congestion state of the network. Compared to shortest-path routing, the critical network load is significantly increased.; Comment: 32 pages, to be published in Physica A