Formulações e heurísticas para o problema de escalonamento de conexões com múltiplas velocidades de transmissão e em canais com largura de banda variável
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFMG |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/1843/31229 |
Resumo: | O padrão IEEE 802.11ac permite a transmissão de dados em velocidades mais altas do que as admitidas pelos padrões da família IEEE 802.11 anteriores, pois ele adota diversas melhorias como a utilização do método MU-MIMO (do inglês Multi-User Mutiple-Input Multiple Output) e o aumento do número de fluxos espaciais para o envio de dados, bem como o uso canais de comunicação com larguras de banda maiores. Neste caso, o padrão IEEE 802.11ac admite canais de comunicação com diferentes larguras de banda, variando de 20 MHz a 160 MHz. Neste trabalho é introduzido o Problema de Escalonamento de Conexões com Múltiplas Velocidades de Transmissão e em Canais com Largura de Banda Variável (VRBSP, do inglês Variable Rate and Variable Bandwidth Scheduling Problem), que é uma generalização do clássico Problema de Escalonamento de Conexões com Velocidade de Transmissão Variável (VRSP, do inglês Variable Rate Scheduling Problem) em redes sem fio. Duas formulações de Programação Linear Inteira Mista (MILP, do inglês Mixed Integer Linear Programming) foram propostas para representar o VRBSP. Estas formulações foram usadas em um solver de MILP com o objetivo de encontrar soluções ótimas para o VRBSP em instâncias de pequeno porte. Esta abordagem também pode ser usada para resolver o VRSP. Dado que o VRBSP é NP-Difícil, também são propostas duas heurísticas baseadas nas metaheurísticas BRKGA (do inglês Biased Random-Key Genetic Algorithm) e VNS (do inglês Variable Neighborhood Search) para encontrar soluções de tal problema próximas do ótimo para instâncias de médio e grande porte. Os experimentos computacionais foram realizados com um conjunto de instâncias da literatura que possuem até 2048 conexões. Eles mostraram que o VNS obteve os melhores resultados dentre as heurísticas e que os algoritmos exatos foram capazes de encontrar soluções ótimas de VRBSP para instâncias com até 256 conexões e soluções ótimas de VRSP para instâncias com até 1024 conexões. |
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Thiago Ferreira de Noronhahttp://lattes.cnpq.br/5748979136074637Marcos Augusto Menezes VieiraGeraldo Robson MateusOlga Nikolaevna GoussevskaiaMarcone Jamilson Freitas SouzaRicardo Martins de Abreu Silvahttp://lattes.cnpq.br/4348087237433332José Maurício Costa2019-11-22T18:17:44Z2019-11-22T18:17:44Z2019-05-20http://hdl.handle.net/1843/312290000-0002-0313-1335O padrão IEEE 802.11ac permite a transmissão de dados em velocidades mais altas do que as admitidas pelos padrões da família IEEE 802.11 anteriores, pois ele adota diversas melhorias como a utilização do método MU-MIMO (do inglês Multi-User Mutiple-Input Multiple Output) e o aumento do número de fluxos espaciais para o envio de dados, bem como o uso canais de comunicação com larguras de banda maiores. Neste caso, o padrão IEEE 802.11ac admite canais de comunicação com diferentes larguras de banda, variando de 20 MHz a 160 MHz. Neste trabalho é introduzido o Problema de Escalonamento de Conexões com Múltiplas Velocidades de Transmissão e em Canais com Largura de Banda Variável (VRBSP, do inglês Variable Rate and Variable Bandwidth Scheduling Problem), que é uma generalização do clássico Problema de Escalonamento de Conexões com Velocidade de Transmissão Variável (VRSP, do inglês Variable Rate Scheduling Problem) em redes sem fio. Duas formulações de Programação Linear Inteira Mista (MILP, do inglês Mixed Integer Linear Programming) foram propostas para representar o VRBSP. Estas formulações foram usadas em um solver de MILP com o objetivo de encontrar soluções ótimas para o VRBSP em instâncias de pequeno porte. Esta abordagem também pode ser usada para resolver o VRSP. Dado que o VRBSP é NP-Difícil, também são propostas duas heurísticas baseadas nas metaheurísticas BRKGA (do inglês Biased Random-Key Genetic Algorithm) e VNS (do inglês Variable Neighborhood Search) para encontrar soluções de tal problema próximas do ótimo para instâncias de médio e grande porte. Os experimentos computacionais foram realizados com um conjunto de instâncias da literatura que possuem até 2048 conexões. Eles mostraram que o VNS obteve os melhores resultados dentre as heurísticas e que os algoritmos exatos foram capazes de encontrar soluções ótimas de VRBSP para instâncias com até 256 conexões e soluções ótimas de VRSP para instâncias com até 1024 conexões.The IEEE 802.11ac standard enables a higher transmission speed than the previous IEEE 802.11 standards, because it implements several improvements like the adoption of the MU-MIMO (Multi-User Mutiple-Input Multiple-Output) method and the increasing of the number of spatial streams to send data, as well the utilization of larger communication channels. The IEEE 802.11ac allows the network frequency spectrum to be divided into communication channels with different bandwidths, varying from 20 MHz to 160 MHz. In this work, we introduce the Variable Rate and Variable Bandwidth Scheduling Problem (VRBSP), which is a generalization of the classical Variable Rate Scheduling Problem (VRSP) on wireless networks. We propose two Mixed Integer Linear Programming (MILP) formulations to model the VRBSP. These two formulations are used within a MILP solver to seek optimal VRBSP schedules for small-sized networks. This approach can also be used to solve VRSP. As VRBSP is NP-Hard, we also propose a Biased Random-Key Genetic Algorithm (BRKGA) and a Variable Neighborhood Search (VNS) heuristic to find near optimal VRBSP solutions for medium-sized and large-sized networks. The computational experiments were carried out on classical network instances from the literature with up to 2048 links. They show that the best heuristic results were obtained by VNS, and that the MILP-based exact algorithms were able to find optimal VRBSP schedules for networks with up to 256 links and optimal VRSP schedules for networks with up to 1024 links.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporUniversidade Federal de Minas GeraisPrograma de Pós-Graduação em Ciência da ComputaçãoUFMGBrasilICX - DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃOProblema de escalonamento em redes sem fioProgramação inteiraHeurísticasOtimizaçãoCombinatóriaFormulações e heurísticas para o problema de escalonamento de conexões com múltiplas velocidades de transmissão e em canais com largura de banda variávelFormulations and heuristics for the variable rate and variable bandwidth scheduling probleminfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALFormulações e heurísticas para o problema de escalonamento de conexões com múltiplas velocidades de transmissão e em canais com largura de banda variável.pdfFormulações e heurísticas para o problema de escalonamento de conexões com múltiplas velocidades de transmissão e em canais com largura de banda variável.pdfapplication/pdf1704187https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/31229/1/Formula%c3%a7%c3%b5es%20e%20heur%c3%adsticas%20para%20o%20problema%20de%20escalonamento%20de%20conex%c3%b5es%20com%20m%c3%baltiplas%20velocidades%20de%20transmiss%c3%a3o%20e%20em%20canais%20com%20largura%20de%20banda%20vari%c3%a1vel.pdf1d666fc3bcb9d80e549ebebe7b576e27MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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