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- Building a test bed for simulation analysis for the internet of thingsPublication . Novelli, Lucas; Jorge, Luisa; Melo, Paulo; Koscianski, AndreThe current Internet of Things (IoT) solutions require support at different network layers, from higher level applications to lower level media-based support. The dissertation presents some of the main application requirements for IoT, characterizing architecture, Quality of Service (QoS) features, security mechanisms, discovery service resources and web integration options and the protocols that can be used to provide them (e.g. CoAP, XMPP, DDS, MQTT-SN, AMQP). As examples of lower-level requirements and protocols, several wireless network characteristics (e.g. ZigBee, Z-Wave, BLE, LoRaWAN, SigFox, IEEE 802.11af, NB-IoT) are presented. The variety of possible applications scenarios and the heterogeneity of enabling technologies combined with a large number of sensors and devices, suggests the need for simulation and modeling tactics to describe how the previous requirements can be met. As a potential solution, the creation of simulation models and the usage of the OMNET++ simulation tool to enable meaningful IoT simulation is discussed. The analysis of the behavior of IoT applications is proposed for two use cases: Wireless Sensor Networks (WSN) for home and industrial automation, and Low Power Wide Area (LPWA) networks for smart meters, smart buildings, and smart cities.
- Conflicts and resolutions in managing water allocation at the watershed scalePublication . Srdjevic, Zorica; Srdjevic, Bojan; Melo, Paulo; Jorge, LuísaMultiple runs of a river basin model produced information about water allocation under different users’ priorities, creating a set of allocation scenarios as possible decision alternatives. To identify the most desired scenario that will, expectedly, be more readily accepted and implemented, involvement of stakeholders and reaching the consensus among them in evaluating scenarios are essential. This article describes methodology for integrating multi-criteria optimization as an efficient tool for the evaluation of scenarios in a group context, with river basin simulation-optimization models. Methodology was developed within the scope of the bilateral project Serbia–Portugal, and it consisted of five phases: defining the preference schemes of allocation, running the ACQUANET model, evaluating the criteria and strategies with analytic hierarchy process, aggregation and initial search for consensus in subgroups, and obtaining the final consensus converged result (best management strategy). The approach was tested on the water allocation problem in the Nadela watershed in Vojvodina Province in Serbia, with participation of 23 stakeholders. Promising results recommended the approach for the testing in different conditions in the area near Bragança in northeast Portugal (Sabor watershed).
- Maximally node and SRLG-disjoint path pair of min-sum cost in GMPLS networks: a lexicographic approachPublication . Gomes, Teresa; Jorge, Luísa; Melo, Paulo; Girão-Silva, RitaPath protection is a fast and capacity-efficient approach for increasing the availability of end-to-end connections. However, sometimes it is not possible to obtain a fully disjoint path pair. In this case, it may be admissible to consider a path pair which is as disjoint as possible, and thus provide the best (in a certain sense) level of the single-fault protection that can be ensured using this type of approach. A shared risk link group (SRLG) is a group of links which have a common risk of failure. Two new heuristics for solving the min-sum maximally node and SRLG-disjoint path pair are presented. The relative performance of the new heuristics and also of two other previously proposed heuristics is evaluated using four different networks. Results, regarding accuracy and execution time of the studied heuristics, show that one of the new proposed algorithms can be a good compromise for use in the Generalized Multi-protocol Label Switching control plane.
- An effective algorithm for obtaining the set of all minimal cost pairs of disjoint paths with dual arc costsPublication . Gomes, Teresa; Craveirinha, José; Jorge, LuísaIn today’s telecommunications networks it is necessary, for reliability reasons, to use protection schemes involving the calculation of two (or more) disjoint paths for each node-to-node connection, especially when large amounts of traffic have to be routed in the network. This concern is particularly relevant in optical networks, namely WDM (Wavelength Division Multiplexing) networks due to the very high rates supported by lightpaths, and in the Internet using MPLS (Multiprotocol Label Switching). In this context the problem of obtaining optimal (arc or node) disjoint paths, for increasing network reliability while minimising bandwidth consumption, is extremely important. The problem of finding k disjoint paths from s to t (two distinct nodes), in a network with k different costs on every arc such that the total cost of the paths is minimised is NP-complete even for k = 2, when the relationship between the k arc costs (in the same arc) is arbitrary. When k = 2 these networks are usually designated as dual arc cost networks. In this paper we propose an exact algorithm for finding the whole set of arc-disjoint path pairs, with minimal cost in a network with dual arc costs. The addressed problem can be formalised as follows. Let G = (V,E) be a directed network with node set V = {v1, v2, . . . , vn} and and arc set E = {e1, e2, . . . , em} (were n and m designate the number of nodes and arcs in G, respectively), where two different non-negative cost functions (or metrics) in the arcs, are defined: η(j) : E → IN0 (j = 1, 2) (1) η(j)((va, vb)) = c(j) vavb (va, vb) ∈ E (2) The cost C(j) of a (loopless) path p in G with respect to metric η(j), is: C(j)(p) = X (va,vb)∈p c(j) vavb (j = 1, 2) (3) Let path p, p = hv1, e1, v2, . . . , vi−1, ei−1, vii, be given as an alternate sequence of nodes and arcs from G, such that the tail of ek is vk and the head of ek is vk+1, for k = 1, 2, . . . , i − 1 (all the vi in p are different). Let the set of nodes in p be V ∗(p) and the set of arcs in p be E∗(p). Two paths p = hv1, e1, v2, . . . , vi−1, ei−1, vii and q are arc-disjoint if E∗(p) ∩ E∗(q) = ∅. Two paths p and q are disjoint if V ∗(p) ∩ V ∗(q) = ∅, and are internally disjoint if {v2, . . . , vi−1} ∩ V ∗(q) = ∅. We will say that two paths are node disjoint if they are internally disjoint. The addressed problem is to find the whole set of pairs (p, q) of arc disjoint paths which minimise the total cost of the pair, defined by: C[(p, q)] = C(1)(p) + C(2)(q) (4) where p and q have the same source and sink node. An exact algorithm for solving this NP-complete problem will be proposed, based on a condition which guarantees that the optimal path pair cost has been obtained. This optimality condition is based on the calculation of increasingly tightened upper and lower bounds on the optimal cost. A formal proof of the correctness of the algorithm is described. Extensive experimentation is presented to show the effectiveness of the algorithm. It will also be explained how the proposed approach can also be used for obtaining the minimal cost disjoint path pair with constraints on the maximum number of arcs allowed per path, a problem of interest in various applications, namely in telecommunication networks.
- Fundamental schemes to determine disjoint paths for multiple failure scenariosPublication . Gomes, Teresa; Jorge, Luisa; Girão-Silva, Rita; Yallouz, Jose; Babarczi, Péter; Rak, JacekDisjoint path routing approaches can be used to cope with multiple failure cenarios. This can be achieved using a set of k (k>2) link- (or node-) disjoint path pairs (in single-cost and multi-cost networks). Alternatively, if Shared Risk Link Groups (SRLGs) information is available, the calculation of an SRLG-disjoint path pair (or of a set of such paths) can protect a connection against the joint failure of the set of links in any single SRLG. Paths traversing disaster-prone regions should be disjoint, but in safe regions it may be acceptable for the paths to share links or even nodes for a quicker recovery. Auxiliary algorithms for obtaining the shortest path from a source to a destination are also presented in detail, followed by the illustrated description of Bhandari’s and Suurballe’s algorithms for obtaining a pair of paths of minimal total additive cost. These algorithms are instrumental for some of the presented schemes to determine disjoint paths for multiple failure scenarios.
- Quantitative support for UX methods identification: how can multiple criteria decision making help?Publication . Melo, Paulo; Jorge, LuísaThis paper presents views on how quantitative multiple criteria decision-making (MCDM) approaches may be applied to certain aspects of user experience design and evaluation (D&E) methods identification, emphasizing its strengths and weaknesses for this task. Often D&E methods need to be applied in contexts different of those they had been applied before and as such must be transferred to those new contexts. This work presents a model for the quantitative method matching step of the transfer process, describes how different MCDM methods can be applied to this task, and discusses the results of an experience that tried to apply a couple of MCDM procedures to method selection.
- Recuperação em redes MPLS - uma resenha de esquemas de recuperaçãoPublication . Jorge, Luísa; Gomes, TeresaUma rede MPLS é constituída por recursos que possuem graus de fiabilidade diferentes. Perante falhas nesses recursos, e para fornecer serviços fiáveis aos pedidos solicitados, o MPLS precisa de empregar um conjunto de procedimentos (detecção, notificação e recuperação da falha) para garantir uma protecção apropriada para o tráfego transportado nos diversos LSP. Numa rede MPLS, quando ocorre uma avaria no LSP primário o esquema de recuperação deve redireccionar o tráfego para um caminho de recuperação que contorne a avaria. São descritos os princípios de recuperação que podem ser usados nas redes MPLS de acordo com o RFC 3469. De acordo com esse RFC os dois modelos de recuperação básicos usados para redireccionar o tráfego, após uma falha, são a recuperação por reencaminhamento e a protecção por comutação. Na protecção por comutação a recuperação é rápida porque o caminho de recuperação é pré-estabelecido. No entanto um dos problemas deste modelo de recuperação é ser incapaz de tratar falhas simultâneas no caminho de trabalho e no caminho de recuperação. Na recuperação por reencaminhamento os recursos são utilizados de uma forma mais eficiente, mas a recuperação é geralmente lenta. Um fornecedor de serviços de rede deve poder aplicar esquemas de recuperação diferentes de acordo com as características de Qualidade de Serviço dos fluxos de tráfego (classes de serviço) que transporta. Este trabalho começa com uma descrição detalhada dos aspectos relativos à recuperação em redes MPLS. Essa descrição é seguida de uma resenha de diferentes esquemas propostos para recuperação de falhas, começando por modelos de protecção por comutação e seguidamente referindo modelos de recuperação por reencaminhamento. São apresentadas as características mais relevantes do funcionamento de cada um dos esquemas revistos e é analisada a sua aplicabilidade em redes reais. Finalmente é apresentado um resumo comparativo das características dos esquemas anteriormente descritos.
- Uma versão melhorada de um algoritmo de encaminhamento para protecção local com partilha de largura de banda de protecçãoPublication . Jorge, Luisa; Gomes, TeresaA new improved version of a dynamic routing algorithm of locally restorable QoS guaranteed paths, will be described. The algorithm calculates simultaneously the active and local protection paths, with protection bandwidth sharing. A method for minimal allocation of protection bandwidth in the context of local shared protection will also be proposed. The performance of the original and of the improved version of algorithm, using minimal allocation of protection bandwidth, will be analysed. Experimental results will show the new version has advantages both regarding the total bandwidth used, the number of hops of the active path and the probability of rejection of new requests. O QoS duma rede depende fortemente da sua capacidade de sobrevivência. Por este motivo mecanismos de protecção em redes têm sido objecto de estudo intenso. A protecção pode ser local ou global e pode ser orientada ao recurso ou ao caminho. A protecção local tem vantagens sobre a protecção global, nomeadamente no respeitante ao tempo de recuperação. Os caminhos de protecção e activo podem ser calculados separadamente ou em conjunto. O cálculo conjunto dos caminhos de protecção e do caminho activo é mais difícil mas pode conduzir a melhor utilização dos recursos da rede, especialmente se for considerada a partilha de LB de protecção. Será descrita uma versão melhorada de um algoritmo de encaminhamento dinâmico para protecção local com garantias de QoS. O algoritmo calcula simultaneamente o caminho activo e os caminhos de protecção local, com partilha da LB de protecção. Será também proposto um método que permite reservar o valor mínimo de LB de protecção, num contexto de protecção local com partilha. Será analisado o desempenho de ambas as versões do algoritmo, implementadas com reserva exacta da LB de protecção. Os resultados simulacionais mostrarão que a nova versão requer menos LB total usada, utiliza um menor número de ramos no caminho activo e conduz a uma menor rejeição de pedidos.
- Recuperação de falhas em redes MPLS – uma propostaPublication . Jorge, LuísaO número de serviços e aplicações que actualmente dependem das redes de comunicações é bastante elevado, pelo que as consequências de uma interrupção de serviço podem ser drásticas. Os efeitos de uma falha não se distribuem uniformemente por todos os tipos de tráfego, afectando principalmente certas aplicações, tais como as aplicações em tempo real, que não podem facilmente recuperar o tráfego perdido através da sua retransmissão. Como na realidade as redes de comunicações não são imunes a falhas, os esforços para conseguir redes com uma elevada confiabilidade têm sido consistentemente elevados. Mecanismos de encaminhamento de tráfego através de Engenharia de Tráfego usando MPLS têm tido bastante aceitação, o que tem fomentado o desenvolvimento da recuperação baseada no MPLS. Nos últimos anos têm sido propostos vários esquemas de recuperação de falhas em redes MPLS considerando vários aspectos incluindo, nomeadamente, o tempo de recuperação, a largura de banda adicional necessária para a recuperação e a informação de estado adicional requerida. Esta dissertação enquadra-se nesta temática, pretendendo apresentar uma proposta para a recuperação em redes MPLS que tenha em consideração as características do tráfego a transportar bem como as características dos esquemas a utilizar para recuperar este tráfego. Foi feita uma resenha comparativa de esquemas de recuperação em redes MPLS, em função das suas características mais relevantes. Alguns problemas em aberto no respeitante a estes esquemas, incluem mecanismos de partilha de largura de banda, pelo que é apresentada uma proposta de reserva mínima de largura de banda na protecção local, utilizando partilha de largura de banda. Nesta dissertação são apresentados estudos sobre três algoritmos usados na determinação dos caminhos activos e de recuperação. O primeiro é uma versão melhorada de um algoritmo de encaminhamento para protecção local com reserva exacta, o segundo é um algoritmo para obtenção de um par de caminhos disjuntos de custo mínimo numa rede com custos duais nos arcos e o terceiro calcula o conjunto de todos esses pares de custo mínimo. Finalmente, e como contribuição principal foi proposto um novo sistema de recuperação baseado numa metodologia de recuperação multi-esquema que consiste em aplicar esquemas de recuperação diferentes em função de vários critérios. Com este novo sistema pretende-se melhorar o desempenho de redes de comunicações resilientes, nomeadamente na recuperação diferenciada dos vários serviços presentes na rede usando para tal engenharia de tráfego, tendo em consideração as várias classes de serviço. Este sistema foi implementado e sujeito a testes mediante a construção de um simulador no ambiente simulacional OMNeT++. Este simulador foi construído de raiz, sendo uma ferramenta adaptável que permite diversas configurações e adaptações em termos de esquemas a usar e no métodos de selecção de esquemas por condições. Alguns testes foram realizados com o simulador, quer como prova de conceito quer como mecanismo de teste de um conjunto de hipóteses, e os seus resultados são aqui apresentados.
- Multi-scheme recovery in MPLS networks: preliminary results for a multischeme approachPublication . Jorge, Luísa; Gomes, TeresaMultiProtocol Label Switching (MPLS) networks have been proposed as a solution to offer reliable, efficient and differentiated telecommunication services. Nowadays several applications require high quality service and cannot recover from traffic loss using retransmissions. Routing protocols can be robust and survivable but take a long time to recover from faults, which will not be acceptable for many applications. Therefore several schemes and frameworks for MPLS recovery have been proposed to handle failures quickly [3]. The authors proposed [2] a multi-scheme recovery approach, which intends to increase overall network resilience, while using network resources efficiently by taking into account resilience requirements of different class types. This approach tries to offer protection to a set of services by choosing the most appropriate recovery scheme, taking into account the service class, the network state, and the characteristics of available recovery schemes. The appropriate recovery scheme [3] will therefore be chosen based on a combination of quantitative measures and qualitative classification. The proposed recovery multi-scheme tries to ensure support for strict QoS guarantees, for different DiffServ classes [1], including in failure conditions. Bandwidth reservation (including, if required, pre-reservation) is carried out on a per-Diffserv class basis not just to the normal case but also in failure situations while trying to optimize the use of network resources. This work presents preliminary performance results from a study of the proposed multi-scheme. References [1] Faucheur, F. L. & Lai, W., 2003. Requirements for support of differentiated services aware MPLS traffic engineering. IETF RFC 3564. [2] Jorge, L. M. G.& Gomes, T. M., "Multi-scheme recovery in MPLS networks", C.Guedes Soares & E. Zio (editores), Safety and Reliability for Managing Risk, Volume 3, Taylor & Francis (Balkema), Actas do congresso ESREL 2006, Estoril, 18-22 de Setembro de 2006, pág. 2263-2271, 2006. [3] Jorge, L. M. G.& Gomes, T. M., Luísa Maria Garcia Jorge, Teresa Martinez Gomes, "Survey of Recovery Schemes in MPLS Networks", W. Zamojski, J. Mazurkiewicz, J. Sugier e T. Walkowiak (editores), DepCoS - RELCOMEX 2006, Dependability of Computer Systems, 25-27 de Maio de 2006, Szklarska Poreba, Polónia. pág. 110-118, 2006