Seleção automática de nodos cooperantes em abordagens de comunicação cooperativa em redes de sensores sem fio

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2017.As Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) estão sujeitas a problemas de confiabilidade de comunicação devido a interferências, atenuação de sinal, obstáculos etc. Nessas redes, a diversidade cooperativa é uma técnica muito utilizada para melhorar o desempenho das comunicações, na qual alguns nodos são escolhidos como cooperantes e são responsáveis por retransmitir mensagens de outros nodos. A escolha de quais nodos cumprirão o papel de nodos cooperantes é uma etapa decisiva na aplicação desta técnica. Alguns trabalhos na literatura fazem a escolha baseada apenas em um ou, no máximo, dois parâmetros, não sendo capazes de fazer uma escolha eficiente, reduzindo consequentemente a confiabilidade obtida em suas propostas. Nesta dissertação é proposta uma nova técnica de seleção de nodos cooperantes, chamada Smart, a qual considera vários critérios que são relevantes para o funcionamento da rede. A seleção é realizada usando técnicas de otimização, visando selecionar o menor número de nodos cooperantes mas, assegurando que todos os nodos da rede possuam um vizinho que seja cooperante, aumentando as chances das mensagens serem entregues ao destino. Para avaliar a técnica Smart foi utilizado o simulador OMNeT++/Castalia, comparando-a com três técnicas do estado do arte. Os resultados mostram que a técnica Smart apresenta um desempenho superior às outras técnicas analisadas.Abstract : Wireless Sensors Networks (WSNs) are subject to communication problems due to interference, signal attenuation, obstacles, etc. In these networks, cooperative diversity is a widely used technique for improving the communications performance, where some nodes are selected as relay and are responsible to assist neighbors nodes with packets retransmissions. The selection of relays nodes is a decisive step whenever this technique is applied. Some studies in the literature select relays nodes based on only one or two parameters. Consequently, this type of technique is unable to select relay node in an efficient way, reducing the network reliability. This master thesis proposes a new technique, named Smart, for the selection of relay WSN nodes according to criteria considered relevant for an adequate network operation. The selection is performed using optimization techniques, which target the selection of the smallest number of relay nodes and, at same time, ensure that all nodes are linked to at least one corresponding relay node, enabling messages reach their destinations in noisy environments. OMNeT++/Castalia was used to evaluate the Smart technique, which was compared with three state-of-the-art techniques. Simulation results show that the Smart technique clearly outperforms other analyzed state-of-the-art cooperative communication techniques

Uma arquitetura de serviços voltada à recuperação de informação e recomendação de conteúdo

TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Campus Araranguá. Curso de Tecnologias da Informação e Comunicação.O avanço da Web tem promovido novas formas de interação por parte de usuários resultando no aumento do volume de informações, bem como em uma maior dificuldade na tomada de decisão. Os usuários passam a assumir um papel de produtores de conteúdo ao invés de simplesmente consumidores. Este cenário gera oportunidades na construção de sistemas capazes de auxiliar usuários em suas escolhas ou mesmo aprender mais sobre um domínio. Na área de Recuperação de Informação opiniões podem resultar em sistemas mais interativos e de maior valor agregado sugerindo documentos que sejam mais relacionados a determinado perfil de usuário. Este trabalho propõe uma arquitetura de serviços com foco na Recuperação de Informação e em Sistemas de Recomendação como forma de melhorar a interatividade e a localização de documentos que sejam de interesse de determinado usuário. A implementação e aplicação da arquitetura em um cenário de uso permitiu analisar a interconexão de todos os serviços e demonstrar, através de consultas as recomendações obtidas a partir da escolha de um documento em particular. Por fim, foi possível perceber que a elaboração de sistemas que levem em consideração informações obtidas a partir da interação de usuários tende a facilitar a localização de documentos de interesse além daqueles fornecidos em resposta a uma busca.The Web has fostered new ways of interaction by users resulting in increased volume of information, as well as greater difficulty in making decisions. Users shall assume the role of content producers rather than simply consumers. This scenario creates opportunities to build systems capable of helping users in their choice or even learn more about a domain. In the area of Information Retrieval opinions can result in more interactive systems and with higher value-added suggesting documents that they are more related to a particular user profile. This paper proposes a service architecture with focus on Information Retrieval and Recommender Systems in order to improve the interactivity and location of documents that are of interest to a particular user. The implementation and application of the architecture in a usage scenario allowed us to analyze the interconnection of all services and demonstrate, through consultation the recommendations derived from the choice of a particular document. Finally, it was noted that the development of systems that take into account information obtained from the interaction of users tends to facilitate documents locating of interest beyond those provided in response to a search

Relay selection technique applied to wireless sensor network:: the ORST approach

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2021.Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) estão cada vez mais presentes no dia a dia das pessoas (saúde, cidades inteligentes, agricultura inteligente, Indústria 4.0 e o uso sustentável de ecossistemas terrestres), facilitando o desenvolvimento das atividades diárias e melhorando a qualidade de vida. Porém, em todas essas aplicações, a confiabilidade da comunicação ainda é um desafio devido à natureza dos canais de comunicação sem fio, que estão sujeitos a ruídos eletromagnéticos e obstáculos entre os nós que podem atenuar ou refletir o sinal. Para minimizar este desafio, técnicas de diversidade cooperativa e mecanismos de retransmissão podem ser usados como estratégias eficientes. Nas técnicas de diversidade cooperativa, alguns nós são selecionados como cooperantes e são responsáveis por transmitir seus próprios dados e os dados previamente armazenados de outros nós. A seleção dos nós cooperantes é uma etapa crítica, que pode afetar a qualidade da comunicação e é importante encontrar os critérios de seleção mais adequados para garantir o funcionamento da rede. Além disso, mecanismos de retransmissão que são amplamente utilizados e que podem ser citados são técnicas de codificação de rede, onde nós intermediários atuam sobre as mensagens retransmitidas, modificando-as de acordo com técnicas específicas com codificação matemática. As técnicas de codificação de rede são soluções promissoras para minimizar o atraso de transmissão, equilibrar a carga da rede e também melhorar a taxa de sucesso da rede. Nesse contexto, esta tese pretende atuar sobre esta limitação de confiabilidade nas comunicações em RSSF, tratando a comunicação de forma holística. Como contribuição desta tese, destacamos (i) uma revisão sistemática sobre técnicas de seleção de nós cooperantes; (ii) a proposta e validação de uma nova técnica de seleção de nós cooperantes, que chamamos de ORST (Técnica de Seleção de Cooperantes Otimizada); (iii) uma análise dos parâmetros utilizados na seleção dos cooperantes da técnica ORST; (iv) uma análise das soluções utilizadas no problema de seleção de cooperantes da técnica ORST; (v) uma revisão sistemática sobre técnicas de codificação de rede; (vi) a proposta de uma técnica de codificação de rede em conjunto com a proposta de quatro mecanismos de retransmissão, sendo que três deles consideram a técnica de codificação de rede e um não utiliza codificação de rede; e por fim, (vii) uma análise do funcionamento de uma RSSF quando utilizada a técnica ORST e os mecanismos de retransmissão, com e sem codificação de rede. Para avaliar a técnica de seleção de cooperantes e os mecanismos de retransmissão foi utilizada a ferramenta de simulação de rede OMNeT++ e o framework Castalia. O pressuposto inicial desta tese era que a técnica proposta de seleção de cooperantes operando em conjunto com um mecanismo de retransmissão que utilizasse codificação de rede melhoraria a confiabilidade da comunicação das RSSF. No entanto, a avaliação da simulação mostrou que, ao usar a técnica de seleção de cooperantes, a retransmissão sem codificação de rede é a melhor solução.Abstract: Wireless sensor networks (WSNs) are increasingly prevalent in everyday life (for example, in healthcare, smart cities, smart agriculture, Industry 4.0, and the sustainable use of terrestrial ecosystems), as they can facilitate daily activities and improve quality of life. However, in all these applications, the reliability of communication remains a challenge due to the nature of wireless communication channels, which are subject to electromagnetic noise and obstacles between nodes that can attenuate or reflect the signal. To minimize these problems, cooperative diversity techniques and retransmission mechanisms are efficient strategies that can be applied. In cooperative diversity techniques, several nodes are selected as relays and are responsible for transmitting both their own data and data from other nodes that have been previously stored. Relay selection is a critical step that may affect the quality of transmission, and it is therefore important to find the most appropriate selection criteria for the operation of the network. In addition, network coding techniques are widely used retransmission mechanisms in which intermediary nodes act upon the retransmitted messages and modify them using specific mathematical coding techniques. Network coding techniques are a promising solution for minimizing transmission delay, balancing the network load, and improving the network throughput. In this context, this thesis examines the limitations on reliable communication in WSNs by treating the communication in a holistic way. As a contribution in this thesis, we highlight: (i) a systematic review on relay selection techniques; (ii) the proposal and validation of a new technique for selecting relay nodes, which we call ORST (Optimized Relay Selection Technique); (iii) an analysis of the parameters used in the selection of relay nodes in the ORST technique; (iv) an analysis of the solutions used in the relay selection problem of the ORST technique; (v) a systematic review of network coding techniques; (vi) the proposal of a network coding technique together with the proposal of four retransmission mechanisms, three of which consider the network coding technique and one do not use network coding; and finally, (vii) an analysis of the operation of a WSN when using the ORST technique and retransmission mechanisms, with and without network coding. To evaluate the cooperative selection technique and the retransmission mechanisms, the network simulation tool OMNeT++ and the WSN framework Castalia were used. The initial assumption underlying this research work was that the use of the proposed relay selection technique in conjunction with a retransmission mechanism that used network coding would improve the communication reliability of a WNS; however, the simulation results showed that when the proposed relay selection technique was used, retransmission without network coding was a better solution