27 research outputs found

    Interworking Architectures in Heterogeneous Wireless Networks: An Algorithmic Overview

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    The scarce availability of spectrum and the proliferation of smartphones, social networking applications, online gaming etc., mobile network operators (MNOs) are faced with an exponential growth in packet switched data requirements on their networks. Haven invested in legacy systems (such as HSPA, WCDMA, WiMAX, Cdma2000, LTE, etc.) that have hitherto withstood the current and imminent data usage demand, future and projected usage surpass the capabilities of the evolution of these individual technologies. Hence, a more critical, cost-effective and flexible approach to provide ubiquitous coverage for the user using available spectrum is of high demand. Heterogeneous Networks make use of these legacy systems by allowing users to connect to the best network available and most importantly seamlessly handover active sessions amidst them. This paper presents a survey of interworking architectures between IMT 2000 candidate networks that employ the use of IEFT protocols such as MIP, mSCTP, HIP, MOBIKE, IKEV2 and SIP etc. to bring about this much needed capacity

    Middleware de comunicações para a internet móvel futura

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    Doutoramento em Informática (MAP-I)A evolução constante em novas tecnologias que providenciam suporte à forma como os nossos dispositivos se ligam, bem como a forma como utilizamos diferentes capacidades e serviços on-line, criou um conjunto sem precedentes de novos desafios que motivam o desenvolvimento de uma recente área de investigação, denominada de Internet Futura. Nesta nova área de investigação, novos aspectos arquiteturais estão ser desenvolvidos, os quais, através da re-estruturação de componentes nucleares subjacentesa que compõem a Internet, progride-a de uma forma capaz de não são fazer face a estes novos desafios, mas também de a preparar para os desafios de amanhã. Aspectos chave pertencendo a este conjunto de desafios são os ambientes de rede heterogéneos compostos por diferentes tipos de redes de acesso, a cada vez maior mudança do tráfego peer-to-peer (P2P) como o tipo de tráfego mais utilizado na Internet, a orquestração de cenários da Internet das Coisas (IoT) que exploram mecanismos de interação Maquinaa-Maquina (M2M), e a utilização de mechanismos centrados na informação (ICN). Esta tese apresenta uma nova arquitetura capaz de simultaneamente fazer face a estes desafios, evoluindo os procedimentos de conectividade e entidades envolvidas, através da adição de uma camada de middleware, que age como um mecanismo de gestão de controlo avançado. Este mecanismo de gestão de controlo aproxima as entidades de alto nível (tais como serviços, aplicações, entidades de gestão de mobilidade, operações de encaminhamento, etc.) com as componentes das camadas de baixo nível (por exemplo, camadas de ligação, sensores e atuadores), permitindo uma otimização conjunta dos procedimentos de ligação subjacentes. Os resultados obtidos não só sublinham a flexibilidade dos mecanismos que compoem a arquitetura, mas também a sua capacidade de providenciar aumentos de performance quando comparados com outras soluÇÕes de funcionamento especÍfico, enquanto permite um maior leque de cenáios e aplicações.The constant evolution in new technologies that support the way our devices are able to connect, as well the way we use available on-line services and capabilities, has created a set of unprecedented new challenges that motivated the development of a recent research trend known as the Future Internet. In this research trend, new architectural aspects are being developed which, through the restructure of underlying core aspects composing the Internet, reshapes it in a way capable of not only facing these new challenges, but also preparing it to tackle tomorrow’s new set of complex issues. Key aspects belonging to this set of challenges are heterogeneous networking environments composed by di↵erent kinds of wireless access networks, the evergrowing change from peer-to-peer (P2P) to video as the most used kind of traffic in the Internet, the orchestration of Internet of Things (IoT) scenarios exploiting Machine-to-Machine (M2M) interactions, and the usage of Information-Centric Networking (ICN). This thesis presents a novel framework able to simultaneous tackle these challenges, empowering connectivity procedures and entities with a middleware acting as an advanced control management mechanism. This control management mechanism brings together both high-level entities (such as application services, mobility management entities, routing operations, etc.) with the lower layer components (e.g., link layers, sensor devices, actuators), allowing for a joint optimization of the underlying connectivity and operational procedures. Results highlight not only the flexibility of the mechanisms composing the framework, but also their ability in providing performance increases when compared with other specific purpose solutions, while allowing a wider range of scenarios and deployment possibilities

    IEEE 802.21 in heterogeneous handover environments

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    Mestrado em Engenharia de Computadores e TelemáticaO desenvolvimento das capacidades tecnológicas dos terminais móveis, e das infra-estruturas que os suportam, potenciam novos cenários onde estes dispositivos munidos com interfaces de diferentes tecnologias vagueiam entre diferentes ambientes de conectividade. É assim necessário providenciar meios que facilitem a gestão de mobilidade, permitindo ao terminal ligar-se da melhor forma (i.e., optando pela melhor tecnologia) em qualquer altura. A norma IEEE 802.21 está a ser desenvolvida pelo Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) com o intuito de providenciar mecanismos e serviços que facilitem e optimizem handovers de forma independente da tecnologia. A norma 802.21 especifica assim um conjunto de mecanismos que potenciarão cenários como o descrito acima, tendo em conta a motivação e requerimentos apresentados por arquitecturas de redes futuras, como as redes de quarta geração (4G). Esta dissertação apresenta uma análise extensiva da norma IEEE 802.21, introduzindo um conjunto de simulações desenvolvidas para estudar o impacto da utilização de mecanismos 802.21 em handovers controlados por rede, numa rede de acesso mista composta por tecnologias 802.11 e 3G. Os resultados obtidos permitiram verificar a aplicabilidade destes conceitos a ambientes de próxima geração, motivando também uma descrição do desenho de integração de mecanismos 802.21 a arquitecturas de redes de quarta geração. ABSTRACT: The development of the technological capabilities of mobile terminals, and the infra-structures that support them, enable new scenarios where these devices using different technology interfaces roam in different connectivity environments. This creates a need for providing the means that facilitate mobility management, allowing the terminal to connect in the best way possible (i.e., by choosing the best technology) at any time. The IEEE 802.21 standard is being developed by the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) to provide mechanisms and services supporting Media Independent Handovers. The 802.21 standard specifies a set of mechanisms that enable scenarios like the one described above, considering the motivation and requirements presented by future network architectures, such as the ones from fourth generation networks (4G). This thesis presents an extensive analysis of the IEEE 802.21 standard, introducing a set of simulations developed for studying the impact of using 802.21 mechanisms in network controlled handovers, in a mixed access network composed of 802.11 and 3G technologies. The obtained results allow the verification of the applicability of these concepts into next generation environments, also motivating the description of the design for integration of 802.21 mechanisms to fourth generation networks

    Joint Access-Backhaul Perspective on Mobility Management in 5G Networks

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    The ongoing efforts in the research development and standardization of 5G, by both industry and academia, have resulted in the identification of enablers (Software Defined Networks, Network Function Virtualization, Distributed Mobility Management, etc.) and critical areas (Mobility management, Interference management, Joint access-backhaul mechanisms, etc.) that will help achieve the 5G objectives. During these efforts, it has also been identified that the 5G networks due to their high degree of heterogeneity, high QoS demand and the inevitable density (both in terms of access points and users), will need to have efficient joint backhaul and access mechanisms as well as enhanced mobility management mechanisms in order to be effective, efficient and ubiquitous. Therefore, in this paper we first provide a discussion on the evolution of the backhaul scenario, and the necessity for joint access and backhaul optimization. Subsequently, and since mobility management mechanisms can entail the availability, reliability and heterogeneity of the future backhaul/fronthaul networks as parameters in determining the most optimal solution for a given context, a study with regards to the effect of future backhaul/fronthaul scenarios on the design and implementation of mobility management solutions in 5G networks has been performed.Comment: IEEE Conference on Standards for Communications & Networking, September 2017, Helsinki, Finlan

    Distribuição de vídeo para grupos de utilizadores em redes móveis heterogéneas19

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    The evolutions veri ed in mobile devices capabilities (storage capacity, screen resolution, processor, etc.) over the last years led to a signi cant change in mobile user behavior, with the consumption and creation of multimedia content becoming more common, in particular video tra c. Consequently, mobile operator networks, despite being the target of architectural evolutions and improvements over several parameters (such as capacity, transmission and reception performance, amongst others), also increasingly become more frequently challenged by performance aspects associated to the nature of video tra c, whether by the demanding requirements associated to that service, or by its volume increase in such networks. This Thesis proposes modi cations to the mobile architecture towards a more e cient video broadcasting, de ning and developing mechanisms applicable to the network, or to the mobile terminal. Particularly, heterogeneous networks multicast IP mobility supported scenarios are focused, emphasizing their application over di erent access technologies. The suggested changes are applicable to mobile or static user scenarios, whether it performs the role of receiver or source of the video tra c. Similarly, the de ned mechanisms propose solutions targeting operators with di erent video broadcasting goals, or whose networks have di erent characteristics. The pursued methodology combined an experimental evaluation executed over physical testbeds, with the mathematical evaluation using network simulation, allowing the veri cation of its impact on the optimization of video reception in mobile terminalsA evolução veri cada nas características dos dispositivos moveis (capacidade de armazenamento, resolução do ecrã, processador, etc.) durante os últimos anos levou a uma alteração signi cativa nos comportamentos dos utilizadores, sendo agora comum o consumo e produção de conteúdos multimédia envolvendo terminais móveis, em particular o tráfego vídeo. Consequentemente, as redes de operador móvel, embora tendo também sido alvo constante de evoluções arquitecturais e melhorias em vários parâmetros (tais como capacidade, ritmo de transmissão/recepção, entre outros), vêemse cada vez mais frequentemente desa adas por aspectos de desempenho associados à natureza do tráfego de vídeo, seja pela exigência de requisitos associados a esse serviço, quer pelo aumento do volume do mesmo nesse tipo de redes. Esta Tese propôe alterações à arquitetura móvel para a disseminação de vídeo mais e ciente, de nindo e desenvolvendo mecanismos aplicáveis à rede, ou ao utilizador móvel. Em particular, são focados cenários suportados por IP multicast em redes móveis heterogéneas, isto é, com ênfase na aplicação destes mecanismos sobre diferentes tecnologias de acesso. As alterações sugeridas aplicam-se a cenários de utilizador estático ou móvel, sendo este a fonte ou receptor do tráfego vídeo. Da mesma forma, são propostas soluções tendo em vista operadores com diferentes objectivos de disseminação de vídeo, ou cujas redes têm diferentes características. A metodologia utilizada combinou a avaliação experimental em testbeds físicas com a avaliação matemática em simulações de redes, e permitiu veri car o impacto sobre a optimização da recepção de vídeo em terminais móveisPrograma Doutoral em Telecomunicaçõe

    SCALABLE AND EFFICIENT VERTICAL HANDOVER DECISION ALGORITHMS IN VEHICULAR NETWORK CONTEXTS

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    A finales de los años noventa, y al comienzo del nuevo milenio, las redes inalámbricas han evolucionado bastante, pasando de ser sólo una tecnología prometedora para convertirse en un requisito para las actividades cotidianas en las sociedades desarrolladas. La infraestructura de transporte también ha evolucionado, ofreciendo comunicación a bordo para mejorar la seguridad vial y el acceso a contenidos de información y entretenimiento. Los requisitos de los usuarios finales se han hecho dependientes de la tecnología, lo que significa que sus necesidades de conectividad han aumentado debido a los diversos requisitos de las aplicaciones que se ejecutan en sus dispositivos móviles, tales como tabletas, teléfonos inteligentes, ordenadores portátiles o incluso ordenadores de abordo (On-Board Units (OBUs)) dentro de los vehículos. Para cumplir con dichos requisitos de conectividad, y teniendo en cuenta las diferentes redes inalámbricas disponibles, es necesario adoptar técnicas de Vertical Handover (VHO) para cambiar de red de forma transparente y sin necesidad de intervención del usuario. El objetivo de esta tesis es desarrollar algoritmos de decisión (Vertical Handover Decision Algorithms (VHDAs)) eficientes y escalables, optimizados para el contexto de las redes vehiculares. En ese sentido se ha propuesto, desarrollado y probado diferentes algoritmos de decisión basados en la infraestructura disponible en las actuales, y probablemente en las futuras, redes inalámbricas y redes vehiculares. Para ello se han combinado diferentes técnicas, métodos computacionales y modelos matemáticos, con el fin de garantizar una conectividad apropiada, y realizando el handover hacia las redes más adecuadas de manera a cumplir tanto con los requisitos de los usuarios como los requisitos de las aplicaciones. Con el fin de evaluar el contexto, se han utilizado diferentes herramientas para obtener información variada, como la disponibilidad de la red, el estado de la red, la geolocalizaciónMárquez Barja, JM. (2012). SCALABLE AND EFFICIENT VERTICAL HANDOVER DECISION ALGORITHMS IN VEHICULAR NETWORK CONTEXTS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/17869Palanci

    Interoperabilidade e mobilidade na internet do futuro

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    Research on Future Internet has been gaining traction in recent years, with both evolutionary (e.g., Software Defined Networking (SDN)- based architectures) and clean-slate network architectures (e.g., Information Centric Networking (ICN) architectures) being proposed. With each network architectural proposal aiming to provide better solutions for specific Internet utilization requirements, an heterogeneous Future Internet composed by several architectures can be expected, each targeting and optimizing different use case scenarios. Moreover, the increasing number of mobile devices, with increasing capabilities and supporting different connectivity technologies, are changing the patterns of traffic exchanged in the Internet. As such, this thesis focuses on the study of interoperability and mobility in Future Internet architectures, two key requirements that need to be addressed for the widely adoption of these network architectures. The first contribution of this thesis is an interoperability framework that, by enabling resources to be shared among different network architectures, avoids resources to be restricted to a given network architecture and, at the same time, promotes the initial roll out of new network architectures. The second contribution of this thesis consists on the development of enhancements for SDN-based and ICN network architectures through IEEE 802.21 mechanisms to facilitate and optimize the handover procedures on those architectures. The last contribution of this thesis is the definition of an inter-network architecture mobility framework that enables MNs to move across access network supporting different network architectures without losing the reachability to resources being accessed. All the proposed solutions were evaluated with results highlighting the feasibility of such solutions and the impact on the overall communication.A Internet do Futuro tem sido alvo de vários estudos nos últimos anos, com a proposta de arquitecturas de rede seguindo quer abordagens evolutionárias (por exemplo, Redes Definidas por Software (SDN)) quer abordagens disruptivas (por exemplo, Redes Centradas na Informação (ICN)). Cada uma destas arquitecturas de rede visa providenciar melhores soluções relativamente a determinados requisitos de utilização da Internet e, portanto, uma Internet do Futuro heterogénea composta por diversas arquitecturas de rede torna-se uma possibilidade, onde cada uma delas é usada para optimizar diferentes casos de utilização. Para além disso, o aumento do número de dispositivos móveis, com especificações acrescidas e com suporte para diferentes tecnologias de conectividade, está a mudar os padrões do tráfego na Internet. Assim, esta tese foca-se no estudo de aspectos de interoperabilidade e mobilidade em arquitecturas de rede da Internet do Futuro, dois importantes requisitos que necessitam de ser satisfeitos para que a adopção destas arquitecturas de rede seja considerada. A primeira contribuição desta tese é uma solução de interoperabilidade que, uma vez que permite que recursos possam ser partilhados por diferentes arquitecturas de rede, evita que os recursos estejam restringidos a uma determinada arquitectura de rede e, ao mesmo tempo, promove a adopção de novas arquitecturas de rede. A segunda contribuição desta tese consiste no desenvolvimento de extensões para arquitecturas de rede baseadas em SDN ou ICN através dos mecanismos propostos na norma IEEE 802.21 com o objectivo de facilitar e optimizar os processos de mobilidade nessas arquitecturas de rede. Finalmente, a terceira contribuição desta tese é a definição de uma solução de mobilidade envolvendo diferentes arquitecturas de rede que permite a mobilidade de dispositivos móveis entre redes de acesso que suportam diferentes arquitecturas de rede sem que estes percam o acesso aos recursos que estão a ser acedidos. Todas as soluções propostas foram avaliadas com os resultados a demonstrar a viabilidade de cada uma das soluções e o impacto que têm na comunicação.Programa Doutoral em Informátic

    Joint access-backhaul perspective on mobility management in 5G networks

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    © 2017 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertising or promotional purposes, creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other works.The ongoing efforts in the research, development and standardization of 5G, by both industry and academia, have resulted in the identification of enablers (Software Defined Networks, Network Function Virtualization, Distributed Mobility Management, etc.) and critical areas (Mobility management, Interference management, Joint access-backhaul mechanisms, etc.) that will help achieve the 5G objectives. During these efforts, it has also been identified that the 5G networks, due to their high degree of heterogeneity, high QoS demand and the inevitable density (both in terms of access points and users), will need to have efficient joint backhaul and access mechanisms as well as enhanced mobility management mechanisms in order to be effective, efficient and ubiquitous. Therefore, in this paper, we first provide a discussion on the evolution of the backhaul scenario, and the necessity for joint access and backhaul optimization. Subsequently, and since mobility management mechanisms can entail the availability, reliability and heterogeneity of the future backhaul/fronthaul networks as parameters in determining the most optimal solution for a given context, a study with regards to the effect of future backhaul/fronthaul scenarios on the design and implementation of mobility management solutions in 5G networks has been performed.Postprint (author's final draft

    Enhanced mobility management mechanisms for 5G networks

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    Many mechanisms that served the legacy networks till now, are being identified as being grossly sub-optimal for 5G networks. The reason being, the increased complexity of the 5G networks compared previous legacy systems. One such class of mechanisms, important for any wireless standard, is the Mobility Management (MM) mechanisms. MM mechanismsensure the seamless connectivity and continuity of service for a user when it moves away from the geographic location where it initially got attached to the network. In this thesis, we firstly present a detailed state of the art on MM mechanisms. Based on the 5G requirements as well as the initial discussions on Beyond 5G networks, we provision a gap analysis for the current technologies/solutions to satisfy the presented requirements. We also define the persistent challenges that exist concerning MM mechanisms for 5G and beyond networks. Based on these challenges, we define the potential solutions and a novel framework for the 5G and beyond MM mechanisms. This framework specifies a set of MM mechanisms at the access, core and the extreme edge network (users/devices) level, that will help to satisfy the requirements for the 5G and beyond MM mechanisms. Following this, we present an on demand MM service concept. Such an on-demand feature provisions the necessary reliability, scalability and flexibility to the MM mechanisms. It's objective is to ensure that appropriate resources and mobility contexts are defined for users who will have heterogeneous mobility profiles, versatile QoS requirements in a multi-RAT network. Next, in this thesis we tackle the problem of core network signaling that occurs during MM in 5G/4G networks. A novel handover signaling mechanism has been developed, which eliminates unnecessary handshakes during the handover preparation phase, while allowing the transition to future softwarized network architectures. We also provide a handover failure aware handover preparation phase signaling process. We then utilize operator data and a realistic network deployment to perform a comparative analysis of the proposed strategy and the 3GPP handover signaling strategy on a network wide deployment scenario. We show the benefits of our strategy in terms of latency of handover process, and the transmission and processing cost incurred. Lastly, a novel user association and resource allocation methodology, namely AURA-5G, has been proposed. AURA-5G addresses scenarios wherein applications with heterogeneous requirements, i.e., enhanced Mobile Broadband (eMBB) and massive Machine Type Communications (mMTC), are present simultaneously. Consequently, a joint optimization process for performing the user association and resource allocation while being cognizant of heterogeneous application requirements, has been performed. We capture the peculiarities of this important mobility management process through the various constraints, such as backhaul requirements, dual connectivity options, available access resources, minimum rate requirements, etc., that we have imposed on a Mixed Integer Linear Program (MILP). The objective function of this established MILP problem is to maximize the total network throughput of the eMBB users, while satisfying the minimum requirements of the mMTC and eMBB users defined in a given scenario. Through numerical evaluations we show that our approach outperforms the baseline user association scenario significantly. Moreover, we have presented a system fairness analysis, as well as a novel fidelity and computational complexity analysis for the same, which express the utility of our methodology given the myriad network scenarios.Muchos mecanismos que sirvieron en las redes actuales, se están identificando como extremadamente subóptimos para las redes 5G. Esto es debido a la mayor complejidad de las redes 5G. Un tipo de mecanismo importante para cualquier estándar inalámbrico, consiste en el mecanismo de gestión de la movilidad (MM). Los mecanismos MM aseguran la conectividad sin interrupciones y la continuidad del servicio para un usuario cuando éste se aleja de la ubicación geográfica donde inicialmente se conectó a la red. En esta tesis, presentamos, en primer lugar, un estado del arte detallado de los mecanismos MM. Bas ándonos en los requisitos de 5G, así como en las discusiones iniciales sobre las redes Beyond 5G, proporcionamos un análisis de las tecnologías/soluciones actuales para satisfacer los requisitos presentados. También definimos los desafíos persistentes que existen con respecto a los mecanismos MM para redes 5G y Beyond 5G. En base a estos desafíos, definimos las posibles soluciones y un marco novedoso para los mecanismos 5G y Beyond 5G de MM. Este marco especifica un conjunto de mecanismos MM a nivel de red acceso, red del núcleo y extremo de la red (usuarios/dispositivos), que ayudarán a satisfacer los requisitos para los mecanismos MM 5G y posteriores. A continuación, presentamos el concepto de servicio bajo demanda MM. Tal característica proporciona la confiabilidad, escalabilidad y flexibilidad necesarias para los mecanismos MM. Su objetivo es garantizar que se definan los recursos y contextos de movilidad adecuados para los usuarios que tendrán perfiles de movilidad heterogéneos, y requisitos de QoS versátiles en una red multi-RAT. Más adelante, abordamos el problema de la señalización de la red troncal que ocurre durante la gestión de la movilidad en redes 5G/4G. Se ha desarrollado un nuevo mecanismo de señalización de handover, que elimina los intercambios de mensajes innecesarios durante la fase de preparación del handover, al tiempo que permite la transición a futuras arquitecturas de red softwarizada. Utilizamos los datos de operadores y consideramos un despliegue de red realista para realizar un análisis comparativo de la estrategia propuesta y la estrategia de señalización de 3GPP. Mostramos los beneficios de nuestra estrategia en términos de latencia del proceso de handover y los costes de transmisión y procesado. Por último, se ha propuesto una nueva asociación de usuarios y una metodología de asignación de recursos, i.e, AURA-5G. AURA-5G aborda escenarios en los que las aplicaciones con requisitos heterogéneos, i.e., enhanced Mobile Broadband (eMBB) y massive Machine Type Communications (mMTC), están presentes simultáneamente. En consecuencia, se ha llevado a cabo un proceso de optimización conjunta para realizar la asociación de usuarios y la asignación de recursos mientras se tienen en cuenta los requisitos de aplicaciónes heterogéneas. Capturamos las peculiaridades de este importante proceso de gestión de la movilidad a través de las diversas restricciones impuestas, como son los requisitos de backhaul, las opciones de conectividad dual, los recursos de la red de acceso disponibles, los requisitos de velocidad mínima, etc., que hemos introducido en un Mixed Integer Linear Program (MILP). La función objetivo de este problema MILP es maximizar el rendimiento total de la red de los usuarios de eMBB, y a la vez satisfacer los requisitos mínimos de los usuarios de mMTC y eMBB definidos en un escenario dado. A través de evaluaciones numéricas, mostramos que nuestro enfoque supera significativamente el escenario de asociación de usuarios de referencia. Además, hemos presentado un análisis de la justicia del sistema, así como un novedoso análisis de fidelidad y complejidad computacional para el mismo, que expresa la utilidad de nuestra metodología.Postprint (published version
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