Tactful networking as a cornerstone for opportunistic human-aware D2D communication.

• Autor(a) principal: Costa, Rafael Lima
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFBA
• Texto Completo: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/38256
• topic: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO; CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO; Ciência da Computação; Redes móveis; Tecnologias; Computer science; Mobile networks; Technologies

Dentre os desafios das redes móveis, há um aumento do tráfego de dados, um número crescente de dispositivos conectados, limitações de espectro e altos custos de atualizações de infraestrutura. Nesse contexto, a comunicação oportunística dispositivo-a-dispositivo (do inglês device-to-device D2D) surge como uma solução para descarregar dados, aumentar a capilaridade, entregar conteúdo em cenários específicos (por exemplo, emergência) e alavancar aplicações e serviços inovadores. Padrões anteriores como LTE discutiram D2D amplamente. Ainda assim, pesquisas recentes reforçam que 5G/6G serão os verdadeiros habilitadores do D2D, dada a possibilidade mais recente de extrair um grande conjunto de dados de comportamento humano através dos dispositivos móveis de usuários. No estado da arte, algoritmos de encaminhamento oportunístico via D2D extraíram características de mobilidade humana para melhorar a relação custo-benefício da entrega de conteúdo. No entanto, a maioria das iniciativas lidou com métricas tradicionais, devido a restrições como disponibilidade limitada de conjuntos de dados reais ou a falta de uma visão de rede centrada no ser humano. As soluções de próxima geração precisam de uma visão mais aprofundada dos aspectos humanos ocultos em conjuntos de dados. Além disso, cenários úteis para as operadoras de celular carecem de avaliação. Para tanto, esta tese orienta o leitor em todo o processo de construção de uma nova Estratégia de Comunicação Oportunística Ciente do Humano (TOOTS). TOOTS utiliza padrões de encontros sem fio, consciência temporal, espacial, geográfica e de direção para melhorar o custo-benefício da entrega de conteúdo em um cenário de redes móveis. A proposta consiste em: aprender as melhores práticas do estado da arte do aspecto humano; obter ideias para melhorar o desempenho da estratégia; usar, propor e analisar métricas ciente do humano; combinar métricas e percepções sobre a estratégia visando um desempenho aprimorado em um cenário móvel mais realista, e, finalmente, avaliar a estratégia por meio de seus pontos fortes e fracos. Esta tese mostra que ao seguir esse processo, TOOTS melhorou o desempenho de um cenário de entrega de conteúdo oportunístico em termos de sobrecarga, taxa de entrega e latência. Primeiro, para alcançar os resultados, fazemos um levantamento do aspecto humano nas soluções de rede há mais de uma década. Descobrimos que há uma evolução na forma como os humanos se relacionam com os desafios da rede. Essa visão mais ampla da consciência humana culmina na perspectiva do Tactful Networking, paradigma que apresentamos a seguir, incluindo discussões sobre exemplos de aplicações e ideias. Concluímos a revisão da literatura discutindo estratégias de encaminhamento oportunístico de última geração, incluindo suas contribuições, lacunas e questões em aberto. Em segundo lugar, discutimos uma estrutura para extrair dados humanos brutos ocultos em conjuntos de dados. Um estudo de caso com o conjunto de dados MACACO valida a estrutura por meio de resultados e análises de caracterização do trace (i.e., conjunto de dados). A seguir, caracterizamos os traces MACACO, NCCU e GRM para trazer ideias e validar a TOOTS. As métricas da estratégia apresentada e analisada vêm dos resultados e percepções da caracterização de tais conjuntos de dados. Terceiro, apresentamos o TOOTS, visando custo-benefício na entrega de conteúdo em um cenário móvel. Posteriormente, apresentamos a definição formal para a escolha do problema dos nós disseminadores (1ª fase do TOOTS). Como motivação, analisamos a sobrecarga e a latência do encaminhamento Epidêmico. Posteriormente, apresentamos as duas fases do TOOTS: uma Política de Disseminação Ciente do Humano e um algoritmo de encaminhamento. Finalmente, comparamos a eficácia do TOOTS em suas duas fases com algoritmos aprimorados Store-wait-forward, Epidêmico e Bubble Rap por meio de conjuntos de dados reais e sintéticos. Entre os principais resultados, em um cenário com um alcance de comunicação de 30m, TOOTS atingiu taxa de entrega de 100% com 28% e 73% menos latência; e com sobrecarga (i.e., overhead) reduzida de 16% e 27%, respectivamente, no conjunto de dados reais e sintético. Com um alcance restrito (10m), TOOTS foi a estratégia mais rápida e a única que entregou 100% do conteúdo dentro do conjunto de dados real. Consequentemente, esta tese contribui para abordar o problema de entrega oportunística de conteúdo em redes celulares, fornecendo uma solução ciente do humano com custo x benefício. A estratégia pode ser aplicada em diferentes cenários para auxiliar a operadora na entrega de conteúdo sem necessariamente usar sua rede legada, por exemplo, explorando a capilaridade de seus usuários móveis, para descarregamento de dados e outras aplicações.