Optimal user association, backhaul routing and switching off in 5G heterogeneous networks with mesh millimeter wave backhaul links

Next generation, i.e., fifth generation (5G), cellular networks will provide a significant higher capacity per area to support the ever-increasing traffic demands. In order to achieve that, many small cells need to be deployed that are connected using a combination of optical fiber links and millimeter-wave (mmWave) backhaul architecture to forward heterogeneous traffic over mesh topologies. In this paper, we present a general optimization framework for the design of policies that optimally solve the problem of where to associate a user, over which links to route its traffic towards which mesh gateway, and which base stations and backhaul links to switch o¿ in order to minimize the energy cost for the network operator and still satisfy the user demands. We develop an optimal policy based on mixed integer linear programming (MILP) which considers different user distribution and traffic demands over multiple time periods. We develop also a fast iterative two-phase solution heuristic, which associates users and calculates backhaul routes to maximize energy savings. Our strategies optimize the backhaul network configuration at each timeslot based on the current demands and user locations. We discuss the application of our policies to backhaul management of mmWave cellular networks in light of current trend of network softwarization (Software-Defined Networking, SDN). Finally, we present extensive numerical simulations of our proposed policies, which show how the algorithms can efficiently trade-off energy consumption with required capacity, while satisfying flow demand requirements.Postprint (author's final draft

Backhaul-Aware Dimensioning and Planning of Millimeter-Wave Small Cell Networks

The massive deployment of Small Cells (SCs) is increasingly being adopted by mobile operators to face the exponentially growing traffic demand. Using the millimeter-wave (mmWave) band in the access and backhaul networks will be key to provide the capacity that meets such demand. However, dimensioning and planning have become complex tasks, because the capacity requirements for mmWave links can significantly vary with the SC location. In this work, we address the problem of SC planning considering the backhaul constraints, assuming that a line-of-sight (LOS) between the nodes is required to reliably support the traffic demand. Such a LOS condition reduces the set of potential site locations. Simulation results show that, under certain conditions, the proposed algorithm is effective in finding solutions and strongly efficient in computational cost when compared to exhaustive search approaches.H2020 research and innovation project 5G-CLARITY 871428Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities PID2019-108713RB-C5

Internet of Things Architectures for Enhanced Living Environments

Ambient Assisted Living (AAL) is an emerging multidisciplinary research area that aims to create an ecosystem of different types of sensors, computers, mobile devices, wireless networks, and software applications for enhanced living environments and occupational health. There are several challenges in the development and implementation of an effective AAL system, such as system architecture, human-computer interaction, ergonomics, usability, and accessibility. There are also social and ethical challenges, such as acceptance by seniors and the privacy and confidentiality that must be a requirement of AAL devices. It is also essential to ensure that technology does not replace human care and is used as a relevant complement. The Internet of Things (IoT) is a paradigm where objects are connected to the Internet and support sensing capabilities. IoT devices should be ubiquitous, recognize the context, and support intelligence capabilities closely related to AAL. Technological advances allow defining new advanced tools and platforms for real-time health monitoring and decision making in the treatment of various diseases. IoT is a suitable approach to building healthcare systems, and it provides a suitable platform for ubiquitous health services, using, for example, portable sensors to carry data to servers and smartphones for communication. Despite the potential of the IoT paradigm and technologies for healthcare systems, several challenges to be overcome still exist. The direction and impact of IoT in the economy are not clearly defined, and there are barriers to the immediate and ubiquitous adoption of IoT products, services, and solutions. Several sources of pollutants have a high impact on indoor living environments. Consequently, indoor air quality is recognized as a fundamental variable to be controlled for enhanced health and well-being. It is critical to note that typically most people occupy more than 90% of their time inside buildings, and poor indoor air quality negatively affects performance and productivity. Research initiatives are required to address air quality issues to adopt legislation and real-time inspection mechanisms to improve public health, not only to monitor public places, schools, and hospitals but also to increase the rigor of building rules. Therefore, it is necessary to use real-time monitoring systems for correct analysis of indoor air quality to ensure a healthy environment in at least public spaces. In most cases, simple interventions provided by homeowners can produce substantial positive impacts on indoor air quality, such as avoiding indoor smoking and the correct use of natural ventilation. An indoor air quality monitoring system helps the detection and improvement of air quality conditions. Local and distributed assessment of chemical concentrations is significant for safety (e.g., detection of gas leaks and monitoring of pollutants) as well as to control heating, ventilation, and HVAC systems to improve energy efficiency. Real-time indoor air quality monitoring provides reliable data for the correct control of building automation systems and should be assumed as a decision support platform on planning interventions for enhanced living environments. However, the monitoring systems currently available are expensive and only allow the collection of random samples that are not provided with time information. Most solutions on the market only allow data consulting limited to device memory and require procedures for downloading and manipulating data with specific software. In this way, the development of innovative environmental monitoring systems based on ubiquitous technologies that allow real-time analysis becomes essential. This thesis resulted in the design and development of IoT architectures using modular and scalable structures for air quality monitoring based on data collected from cost-effective sensors for enhanced living environments. The proposed architectures address several concepts, including acquisition, processing, storage, analysis, and visualization of data. These systems incorporate an alert management Framework that notifies the user in real-time in poor indoor air quality scenarios. The software Framework supports multiple alert methods, such as push notifications, SMS, and e-mail. The real-time notification system offers several advantages when the goal is to achieve effective changes for enhanced living environments. On the one hand, notification messages promote behavioral changes. These alerts allow the building manager to identify air quality problems and plan interventions to avoid unhealthy air quality scenarios. The proposed architectures incorporate mobile computing technologies such as mobile applications that provide ubiquitous air quality data consulting methods s. Also, the data is stored and can be shared with medical teams to support the diagnosis. The state-of-the-art analysis has resulted in a review article on technologies, applications, challenges, opportunities, open-source IoT platforms, and operating systems. This review was significant to define the IoT-based Framework for indoor air quality supervision. The research leads to the development and design of cost-effective solutions based on open-source technologies that support Wi-Fi communication and incorporate several advantages such as modularity, scalability, and easy installation. The results obtained are auspicious, representing a significant contribution to enhanced living environments and occupational health. Particulate matter (PM) is a complex mixture of solid and liquid particles of organic and inorganic substances suspended in the air. Moreover, it is considered the pollutant that affects more people. The most damaging particles to health are ≤PM10 (diameter 10 microns or less), which can penetrate and lodge deep within the lungs, contributing to the risk of developing cardiovascular and respiratory diseases as well as lung cancer. Taking into account the adverse health effects of PM exposure, an IoT architecture for automatic PM monitoring was proposed. The proposed architecture is a PM real-time monitoring system and a decision-making tool. The solution consists of a hardware prototype for data acquisition and a Web Framework developed in .NET for data consulting. This system is based on open-source and technologies, with several advantages compared to existing systems, such as modularity, scalability, low-cost and easy installation. The data is stored in a database developed in SQL SERVER using .NET Web services. The results show the ability of the system to analyze the indoor air quality in real-time and the potential of the Web Framework for the planning of interventions to ensure safe, healthy, and comfortable conditions. Associations of high concentrations of carbon dioxide (CO2) with low productivity at work and increased health problems are well documented. There is also a clear correlation between high levels of CO2 and high concentrations of pollutants in indoor air. There are sufficient reasons to monitor CO2 and provide real-time notifications to improve occupational health and provide a safe and healthy indoor living environment. Taking into account the significant influence of CO2 for enhanced living environments, a real-time IoT architecture for CO2 monitoring was proposed. CO2 was selected because it is easy to measure and is produced in quantity (by people and combustion equipment). It can be used as an indicator of other pollutants and, therefore, of air quality in general. The solution consists of a hardware prototype for data acquisition environment, a Web software, and a smartphone application for data consulting. The proposed architecture is based on open-source technologies, and the data is stored in a SQL SERVER database. The mobile Framework allows the user not only to consult the latest data collected but also to receive real-time notifications in poor indoor air quality scenarios, and to configure the alerts threshold levels. The results show that the mobile application not only provides easy access to real-time air quality data, but also allows the user to maintain parameter history and provide a history of changes. Consequently, this system allows the user to analyze in a precise and detailed manner the behavior of air quality. Finally, an air quality monitoring solution was implemented, consisting of a hardware prototype that incorporates only the MICS-6814 sensor as the detection unit. This system monitors various air quality parameters such as NH3 (ammonia), CO (carbon monoxide), NO2 (nitrogen dioxide), C3H8 (propane), C4H10 (butane), CH4 (methane), H2 (hydrogen) and C2H5OH (ethanol). The monitoring of the concentrations of these pollutants is essential to provide enhanced living environments. This solution is based on Cloud, and the collected data is sent to the ThingSpeak platform. The proposed Framework combines sensitivity, flexibility, and measurement accuracy in real-time, allowing a significant evolution of current air quality controls. The results show that this system provides easy, intuitive, and fast access to air quality data as well as relevant notifications in poor air quality situations to provide real-time intervention and improve occupational health. These data can be accessed by physicians to support diagnoses and correlate the symptoms and health problems of patients with the environment in which they live. As future work, the results reported in this thesis can be considered as a starting point for the development of a secure system sharing data with health professionals in order to serve as decision support in diagnosis.Ambient Assisted Living (AAL) é uma área de investigação multidisciplinar emergente que visa a construção de um ecossistema de diferentes tipos de sensores, microcontroladores, dispositivos móveis, redes sem fios e aplicações de software para melhorar os ambientes de vida e a saúde ocupacional. Existem muitos desafios no desenvolvimento e na implementação de um sistema AAL, como a arquitetura do sistema, interação humano-computador, ergonomia, usabilidade e acessibilidade. Existem também problemas sociais e éticos, como a aceitação por parte dos utilizadores mais vulneráveis e a privacidade e confidencialidade, que devem ser uma exigência de todos os dispositivos AAL. De facto, também é essencial assegurar que a tecnologia não substitua o cuidado humano e seja usada como um complemento essencial. A Internet das Coisas (IoT) é um paradigma em que os objetos estão conectados à Internet e suportam recursos sensoriais. Tendencialmente, os dispositivos IoT devem ser omnipresentes, reconhecer o contexto e ativar os recursos de inteligência ambiente intimamente relacionados ao AAL. Os avanços tecnológicos permitem definir novas ferramentas avançadas e plataformas para monitorização de saúde em tempo real e tomada de decisão no tratamento de várias doenças. A IoT é uma abordagem adequada para construir sistemas de saúde sendo que oferece uma plataforma para serviços de saúde ubíquos, usando, por exemplo, sensores portáteis para recolha e transmissão de dados e smartphones para comunicação. Apesar do potencial do paradigma e tecnologias IoT para o desenvolvimento de sistemas de saúde, muitos desafios continuam ainda por ser resolvidos. A direção e o impacto das soluções IoT na economia não está claramente definido existindo, portanto, barreiras à adoção imediata de produtos, serviços e soluções de IoT. Os ambientes de vida são caracterizados por diversas fontes de poluentes. Consequentemente, a qualidade do ar interior é reconhecida como uma variável fundamental a ser controlada de forma a melhorar a saúde e o bem-estar. É importante referir que tipicamente a maioria das pessoas ocupam mais de 90% do seu tempo no interior de edifícios e que a má qualidade do ar interior afeta negativamente o desempenho e produtividade. É necessário que as equipas de investigação continuem a abordar os problemas de qualidade do ar visando a adoção de legislação e mecanismos de inspeção que atuem em tempo real para a melhoraria da saúde e qualidade de vida, tanto em locais públicos como escolas e hospitais e residências particulares de forma a aumentar o rigor das regras de construção de edifícios. Para tal, é necessário utilizar mecanismos de monitorização em tempo real de forma a possibilitar a análise correta da qualidade do ambiente interior para garantir ambientes de vida saudáveis. Na maioria dos casos, intervenções simples que podem ser executadas pelos proprietários ou ocupantes da residência podem produzir impactos positivos substanciais na qualidade do ar interior, como evitar fumar em ambientes fechados e o uso correto de ventilação natural. Um sistema de monitorização e avaliação da qualidade do ar interior ajuda na deteção e na melhoria das condições ambiente. A avaliação local e distribuída das concentrações químicas é significativa para a segurança (por exemplo, deteção de fugas de gás e supervisão dos poluentes) bem como para controlar o aquecimento, ventilação, e sistemas de ar condicionado (HVAC) visando a melhoria da eficiência energética. A monitorização em tempo real da qualidade do ar interior fornece dados fiáveis para o correto controlo de sistemas de automação de edifícios e deve ser assumida com uma plataforma de apoio à decisão no que se refere ao planeamento de intervenções para ambientes de vida melhorados. No entanto, os sistemas de monitorização atualmente disponíveis são de alto custo e apenas permitem a recolha de amostras aleatórias que não são providas de informação temporal. A maioria das soluções disponíveis no mercado permite apenas a acesso ao histórico de dados que é limitado à memória do dispositivo e exige procedimentos de download e manipulação de dados com software proprietário. Desta forma, o desenvolvimento de sistemas inovadores de monitorização ambiente baseados em tecnologias ubíquas e computação móvel que permitam a análise em tempo real torna-se essencial. A Tese resultou na definição e no desenvolvimento de arquiteturas para monitorização da qualidade do ar baseadas em IoT. Os métodos propostos são de baixo custo e recorrem a estruturas modulares e escaláveis para proporcionar ambientes de vida melhorados. As arquiteturas propostas abordam vários conceitos, incluindo aquisição, processamento, armazenamento, análise e visualização de dados. Os métodos propostos incorporam Frameworks de gestão de alertas que notificam o utilizador em tempo real e de forma ubíqua quando a qualidade do ar interior é deficiente. A estrutura de software suporta vários métodos de notificação, como notificações remotas para smartphone, SMS (Short Message Service) e email. O método usado para o envio de notificações em tempo real oferece várias vantagens quando o objetivo é alcançar mudanças efetivas para ambientes de vida melhorados. Por um lado, as mensagens de notificação promovem mudanças de comportamento. De facto, estes alertas permitem que o gestor do edifício e os ocupantes reconheçam padrões da qualidade do ar e permitem também um correto planeamento de intervenções de forma evitar situações em que a qualidade do ar é deficiente. Por outro lado, o sistema proposto incorpora tecnologias de computação móvel, como aplicações móveis, que fornecem acesso omnipresente aos dados de qualidade do ar e, consequentemente, fornecem soluções completas para análise de dados. Além disso, os dados são armazenados e podem ser partilhados com equipas médicas para ajudar no diagnóstico. A análise do estado da arte resultou na elaboração de um artigo de revisão sobre as tecnologias, aplicações, desafios, plataformas e sistemas operativos que envolvem a criação de arquiteturas IoT. Esta revisão foi um trabalho fundamental na definição das arquiteturas propostas baseado em IoT para a supervisão da qualidade do ar interior. Esta pesquisa conduz a um desenvolvimento de arquiteturas IoT de baixo custo com base em tecnologias de código aberto que operam como um sistema Wi-Fi e suportam várias vantagens, como modularidade, escalabilidade e facilidade de instalação. Os resultados obtidos são muito promissores, representando uma contribuição significativa para ambientes de vida melhorados e saúde ocupacional. O material particulado (PM) é uma mistura complexa de partículas sólidas e líquidas de substâncias orgânicas e inorgânicas suspensas no ar e é considerado o poluente que afeta mais pessoas. As partículas mais prejudiciais à saúde são as ≤PM10 (diâmetro de 10 micrómetros ou menos), que podem penetrar e fixarem-se dentro dos pulmões, contribuindo para o risco de desenvolver doenças cardiovasculares e respiratórias, bem como de cancro do pulmão. Tendo em consideração os efeitos negativos para a saúde da exposição ao PM foi desenvolvido numa primeira fase uma arquitetura IoT para monitorização automática dos níveis de PM. Esta arquitetura é um sistema que permite monitorização de PM em tempo real e uma ferramenta de apoio à tomada de decisão. A solução é composta por um protótipo de hardware para aquisição de dados e um portal Web desenvolvido em .NET para consulta de dados. Este sistema é baseado em tecnologias de código aberto com várias vantagens em comparação aos sistemas existentes, como modularidade, escalabilidade, baixo custo e fácil instalação. Os dados são armazenados numa base de dados desenvolvida em SQL SERVER e são enviados com recurso a serviços Web. Os resultados mostram a capacidade do sistema de analisar em tempo real a qualidade do ar interior e o potencial da Framework Web para o planeamento de intervenções com o objetivo de garantir condições seguras, saudáveis e confortáveis. Associações de altas concentrações de dióxido de carbono (CO2) com défice de produtividade no trabalho e aumento de problemas de saúde encontram-se bem documentadas. Existe também uma correlação evidente entre altos níveis de CO2 e altas concentrações de poluentes no ar interior. Tendo em conta a influência significativa do CO2 para a construção de ambientes de vida melhorados desenvolveu-se uma solução de monitorização em tempo real de CO2 com base na arquitetura de IoT. A arquitetura proposta permite também o envio de notificações em tempo real para melhorar a saúde ocupacional e proporcionar um ambiente de vida interior seguro e saudável. O CO2 foi selecionado, pois é fácil de medir e é produzido em quantidade (por pessoas e equipamentos de combustão). Assim, pode ser usado como um indicador de outros poluentes e, portanto, da qualidade do ar em geral. O método proposto é composto por um protótipo de hardware para aquisição de dados, um software Web e uma aplicação smartphone para consulta de dados. Esta arquitetura é baseada em tecnologias de código aberto e os dados recolhidos são armazenados numa base de dados SQL SERVER. A Framework móvel permite não só consultar em tempo real os últimos dados recolhidos, receber notificações com o objetivo de avisar o utilizador quando a qualidade do ar está deficiente, mas também para configurar alertas. Os resultados mostram que a Framework móvel fornece não apenas acesso fácil aos dados da qualidade do ar em tempo real, mas também permite ao utilizador manter o histórico de parâmetros. Assim este sistema permite ao utilizador analisar de maneira precisa e detalhada o comportamento da qualidade do ar interior. Por último, é proposta uma arquitetura para monitorização de vários parâmetros da qualidade do ar, como NH3 (amoníaco), CO (monóxido de carbono), NO2 (dióxido de azoto), C3H8 (propano), C4H10 (butano), CH4 (metano), H2 (hidrogénio) e C2H5OH (etanol). Esta arquitetura é composta por um protótipo de hardware que incorpora unicamente o sensor MICS-6814 como unidade de deteção. O controlo das concentrações destes poluentes é extremamente relevante para proporcionar ambientes de vida melhorados. Esta solução tem base na Cloud sendo que os dados recolhidos são enviados para a plataforma ThingSpeak. Esta Framework combina sensibilidade, flexibilidade e precisão de medição em tempo real, permitindo uma evolução significativa dos atuais sistemas de monitorização da qualidade do ar. Os resultados mostram que este sistema fornece acesso fácil, intuitivo e rápido aos dados de qualidade do ar bem como notificações essenciais em situações de qualidade do ar deficiente de forma a planear intervenções em tempo útil e melhorar a saúde ocupacional. Esses dados podem ser acedidos pelos médicos para apoiar diagnósticos e correlacionar os sintomas e problemas de saúde dos pacientes com o ambiente em que estes vivem. Como trabalho futuro, os resultados reportados nesta Tese podem ser considerados um ponto de partida para o desenvolvimento de um sistema seguro para partilha de dados com profissionais de saúde de forma a servir de suporte à decisão no diagnóstico

Automated IoT device identification based on full packet information using real-time network traffic

In an Internet of Things (IoT) environment, a large volume of potentially confidential data might be leaked from sensors installed everywhere. To ensure the authenticity of such sensitive data, it is important to initially verify the source of data and its identity. Practically, IoT device identification is the primary step toward a secure IoT system. An appropriate device identification approach can counteract malicious activities such as sending false data that trigger irreparable security issues in vital or emergency situations. Recent research indicates that primary identity metrics such as Internet Protocol (IP) or Media Access Control (MAC) addresses are insufficient due to their instability or easy accessibility. Thus, to identify an IoT device, analysis of the header information of packets by the sensors is of imperative consideration. This paper proposes a combination of sensor measurement and statistical feature sets in addition to a header feature set using a classification-based device identification framework. Various machine Learning algorithms have been adopted to identify different combinations of these feature sets to provide enhanced security in IoT devices. The proposed method has been evaluated through normal and under-attack circumstances by collecting real-time data from IoT devices connected in a lab setting to show the system robustness

A Framework for Service-Oriented Architecture (SOA)-Based IoT Application Development

Funding: This research was partially supported by funds provided by the European Commission in the scope of FoF/H2020-723710 vf-OS, ICT/H2020-825631 ZDMP projects, and by the FCT— Fundação para a Ciência e a Tecnologia in the scope of UIDB/00066/2020 related to CTS—Centro de Tecnologia e Sistemas research unit.In the last decades, the increasing complexity of industrial information technology has led to the emergence of new trends in manufacturing. Factories are using multiple Internet of Things (IoT) platforms to harvest sensor information to improve production. Such a transformation contributes to efficiency growth and reduced production costs. To deal with the heterogeneity of the services within an IoT system, Service-Oriented Architecture (SOA) is referred to in the literature as being advantageous for the design and development of software to support IoT-based production processes.The aim of SOA-based design is to provide the leverage to use and reuse loosely coupled IoT services at the middleware layer to minimise system integration problems. We propose a system architecture that follows the SOA architectural pattern and enables developers and business process designers to dynamically add, query or use instances of existing modular software in the IoT context. Furthermore, an analysis of utilization of modular software that presents some challenges and limitations of this approach is also in the scope of this workpublishersversionpublishe

Exploring Computing Continuum in IoT Systems: Sensing, Communicating and Processing at the Network Edge

As Internet of Things (IoT), originally comprising of only a few simple sensing devices, reaches 34 billion units by the end of 2020, they cannot be defined as merely monitoring sensors anymore. IoT capabilities have been improved in recent years as relatively large internal computation and storage capacity are becoming a commodity. In the early days of IoT, processing and storage were typically performed in cloud. New IoT architectures are able to perform complex tasks directly on-device, thus enabling the concept of an extended computational continuum. Real-time critical scenarios e.g. autonomous vehicles sensing, area surveying or disaster rescue and recovery require all the actors involved to be coordinated and collaborate without human interaction to a common goal, sharing data and resources, even in intermittent networks covered areas. This poses new problems in distributed systems, resource management, device orchestration,as well as data processing. This work proposes a new orchestration and communication framework, namely CContinuum, designed to manage resources in heterogeneous IoT architectures across multiple application scenarios. This work focuses on two key sustainability macroscenarios: (a) environmental sensing and awareness, and (b) electric mobility support. In the first case a mechanism to measure air quality over a long period of time for different applications at global scale (3 continents 4 countries) is introduced. The system has been developed in-house from the sensor design to the mist-computing operations performed by the nodes. In the second scenario, a technique to transmit large amounts of fine-time granularity battery data from a moving vehicle to a control center is proposed jointly with the ability of allocating tasks on demand within the computing continuum

Beacon Advertising in an IEEE 802.15.4e TSCH Network for Space Launch Vehicles

International audienceIn space launch vehicles, a NASA study shows that the mass per channel of 0.45 kg for a wiring approach can be reduced to 0.09 kg for a wireless approach. 8 A question arises: which wireless technology is able to meet the requirements of space launch vehicles in terms of latency, throughput and robustness. The IEEE 802.15.4e amendment has been designed to meet such requirements. More specifically, the Time Slotted Channel Hopping (TSCH) mode has been designed for industrial automation, process control and equipment monitoring. It supports multichannel and multihop communications and uses a slotted medium access on several channels. In this paper, we focus on the time needed by a joining node to detect beacons advertising the TSCH network. An Enhanced beacon is a TSCH frame that contains information on synchronization, channel hopping and timeslot used in the advertised network. However, the advertising policy is left unspecified by the IEEE 802.15.4e standard and is under the responsibility of a layer upper than the MAC one. Since beacons are broadcast, they are lost in case of collisions: the vital information they carry is lost. The main problem is how to avoid collisions between two devices that are not neighbors. In this paper, we propose a Deterministic Beacon Advertising Algorithm, called DBA. The goal of DBA is to ensure that beacons are transmitted on all frequencies used by the TSCH network, regularly and without collision. With DBA, the exact value for the maximum time for a joining node to detect a beacon can be computed easily. We use the NS3 Simulator to evaluate this time as well as the the number of message losses, considering different network topologies (star or multihop). We compare the performance of DBA with this of two algorithms existing in the state of the art

Data Storage and Dissemination in Pervasive Edge Computing Environments

Nowadays, smart mobile devices generate huge amounts of data in all sorts of gatherings. Much of that data has localized and ephemeral interest, but can be of great use if shared among co-located devices. However, mobile devices often experience poor connectivity, leading to availability issues if application storage and logic are fully delegated to a remote cloud infrastructure. In turn, the edge computing paradigm pushes computations and storage beyond the data center, closer to end-user devices where data is generated and consumed. Hence, enabling the execution of certain components of edge-enabled systems directly and cooperatively on edge devices. This thesis focuses on the design and evaluation of resilient and efficient data storage and dissemination solutions for pervasive edge computing environments, operating with or without access to the network infrastructure. In line with this dichotomy, our goal can be divided into two specific scenarios. The first one is related to the absence of network infrastructure and the provision of a transient data storage and dissemination system for networks of co-located mobile devices. The second one relates with the existence of network infrastructure access and the corresponding edge computing capabilities. First, the thesis presents time-aware reactive storage (TARS), a reactive data storage and dissemination model with intrinsic time-awareness, that exploits synergies between the storage substrate and the publish/subscribe paradigm, and allows queries within a specific time scope. Next, it describes in more detail: i) Thyme, a data storage and dis- semination system for wireless edge environments, implementing TARS; ii) Parsley, a flexible and resilient group-based distributed hash table with preemptive peer relocation and a dynamic data sharding mechanism; and iii) Thyme GardenBed, a framework for data storage and dissemination across multi-region edge networks, that makes use of both device-to-device and edge interactions. The developed solutions present low overheads, while providing adequate response times for interactive usage and low energy consumption, proving to be practical in a variety of situations. They also display good load balancing and fault tolerance properties.Resumo Hoje em dia, os dispositivos móveis inteligentes geram grandes quantidades de dados em todos os tipos de aglomerações de pessoas. Muitos desses dados têm interesse loca- lizado e efêmero, mas podem ser de grande utilidade se partilhados entre dispositivos co-localizados. No entanto, os dispositivos móveis muitas vezes experienciam fraca co- nectividade, levando a problemas de disponibilidade se o armazenamento e a lógica das aplicações forem totalmente delegados numa infraestrutura remota na nuvem. Por sua vez, o paradigma de computação na periferia da rede leva as computações e o armazena- mento para além dos centros de dados, para mais perto dos dispositivos dos utilizadores finais onde os dados são gerados e consumidos. Assim, permitindo a execução de certos componentes de sistemas direta e cooperativamente em dispositivos na periferia da rede. Esta tese foca-se no desenho e avaliação de soluções resilientes e eficientes para arma- zenamento e disseminação de dados em ambientes pervasivos de computação na periferia da rede, operando com ou sem acesso à infraestrutura de rede. Em linha com esta dico- tomia, o nosso objetivo pode ser dividido em dois cenários específicos. O primeiro está relacionado com a ausência de infraestrutura de rede e o fornecimento de um sistema efêmero de armazenamento e disseminação de dados para redes de dispositivos móveis co-localizados. O segundo diz respeito à existência de acesso à infraestrutura de rede e aos recursos de computação na periferia da rede correspondentes. Primeiramente, a tese apresenta armazenamento reativo ciente do tempo (ARCT), um modelo reativo de armazenamento e disseminação de dados com percepção intrínseca do tempo, que explora sinergias entre o substrato de armazenamento e o paradigma pu- blicação/subscrição, e permite consultas num escopo de tempo específico. De seguida, descreve em mais detalhe: i) Thyme, um sistema de armazenamento e disseminação de dados para ambientes sem fios na periferia da rede, que implementa ARCT; ii) Pars- ley, uma tabela de dispersão distribuída flexível e resiliente baseada em grupos, com realocação preventiva de nós e um mecanismo de particionamento dinâmico de dados; e iii) Thyme GardenBed, um sistema para armazenamento e disseminação de dados em redes multi-regionais na periferia da rede, que faz uso de interações entre dispositivos e com a periferia da rede. As soluções desenvolvidas apresentam baixos custos, proporcionando tempos de res- posta adequados para uso interativo e baixo consumo de energia, demonstrando serem práticas nas mais diversas situações. Estas soluções também exibem boas propriedades de balanceamento de carga e tolerância a faltas