00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IC - INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IC
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Tipo: Dissertação
Título: Otimização de processos de alocação e handover em redes móveis
Título(s) alternativo(s): Optimizing allocation and handover processes in mobile networks
Autor(es): Ramos, Geymerson dos Santos
Primeiro Orientador: Aquino, Andre Luiz Lins de Aquino
Segundo Orientador: Pinheiro, Rian Gabriel Santos
metadata.dc.contributor.referee1: Mendes, Alexandre
metadata.dc.contributor.referee2: Barboza, Erick de Andrade
metadata.dc.contributor.referee3: Curado, Marília
Resumo: O número crescente de dispositivos conectados à Internet tem exigido avanços em tecnologias de comunicação sem fio. A rede 4G e suas antecessoras estão sendo gradativamente substituídas pela 5G, que promete maior velocidade, heterogeneidade e escalabilidade. A 5a geração oferece suporte amplo para aplicações de redes definidas por software, aumentando a flexibilidade para modelagem de processos e protocolos que antes eram embarcados e de difícil atualização. Este trabalho tem como objetivo melhorar processos em redes móveis através de modelos matemáticos, que podem impactar mobilidade, balanceamento de carga na rede e redução de custos operacionais. Nossa proposta visa a alocação de usuários em torres ou estações bases de redes de telecomunicação, minimizando handovers e melhorando a qualidade de comunicação. O trabalho oferece as seguintes contribuições: i) Um modelo matemático para alocação de usuários em estações bases de redes de telefonia móvel, com a redução de transferências; ii) Uma solução meta-heurística como alternativa a modelos exatos, visto que estes podem se tornar inviáveis em condições de restrição de recursos de tempo e computacionais; iii) A avaliação dos modelos em cenários simulados de mobilidade, avaliando o processo de handover e a distribuição de usuários na rede em função de largura de banda disponível. A modelagem, que considera a frequência média de handover de cada estação base e o sinal indicador de qualidade de comunicação, foi avaliada com soluções exatas e heurísticas, sendo estas o algoritmo de branch and bound, busca local iterativa, e solução gulosa. Através dos métodos heurísticos o algoritmo de busca local iterativa obteve uma redução de aproximadamente 82% do tempo de execução em comparação ao algoritmo exato branch and bound. Com relação ao indicador de qualidade de conexão, a solução obteve um ganho médio de 1.45 em comparação à solução da literatura, mantendo o número handovers. Apesar do ganho reduzido, o que torna nossa proposta estatisticamente equivalente, oferecemos a vantagem de não computar todas possíveis e futuras rotas dos usuários, sendo suficiente a posição atual. Adicionalmente, nossa solução considera a capacidade de largura de banda de cada estação base, respeitando a capacidade de rede e mantendo o controle de alocação.
Abstract: The growing number of devices connected to the Internet has required advances in wireless communication technologies. As a result, 5G networks gradually replace 4G and its predecessors, offering more speed, heterogeneity, and scalability. The fifth-generation provides broad support for software-defined networking (SDN) applications, increasing the programming flexibility of processes and protocols previously embedded and difficult to update. This work aims to improve processes in mobile networks through mathematical models. Our work focuses on optimizing the allocation of users in base stations of telecommunication networks, minimizing the handover of users between base stations, and improving network communication quality. The contributions of this work are: i) A mathematical model for allocating users of mobile networks at base stations, also aiming handover reduction; ii) A metaheuristic solution as an alternative to exact models since exact models can prove to be non-scalable and present unfeasible solving times under computationally restricted conditions; iii) A model evaluation in simulated mobility scenarios considering the handover process and the network user distribution according to available bandwidth. Our allocation model considers the average handover frequency of each base station and the Reference Signal Received Quality (RSRQ) indicator between users and base stations. The model evaluation used exact and heuristic methods: the branch and bound algorithm, iterated local search, and a greedy solution. On average, the iterated local search algorithm obtained an execution time reduction of approximately 82% compared to the branch and bound exact algorithm. Regarding the RSRQ indicator, the solution reached a 1.45% average gain, and the number of performed handovers was maintained, compared to a similar literature model. Despite the modest improvement, which makes our proposal statistically equivalent to the literature model, we offer the advantage of not predicting the users’ possible and future routes. Only the current position is required. Furthermore, our solution also considers base stations’ bandwidth capacity, controlling the allocation and network occupation limits.
Palavras-chave: Redes móveis
Alocação de usuários
Otimização de processos
Handover
Redes locais sem fio
Mobile Networks
Allocation
Optimization
Handover
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Informática
Citação: RAMOS, Geymerson dos Santos. Optimizing allocation and hadover processes in mobile networks. 2021. 63 f. Dissertação (Mestrado em Informática) - Instituto de Computação, Programa de Pós Graduação em Informática, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2021.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/8241
Data do documento: 27-out-2021
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