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https://repositorio.ufba.br/handle/ri/38256
Full metadata record
DC Field | Value | Language |
---|---|---|
dc.creator | Costa, Rafael Lima | - |
dc.date.accessioned | 2023-10-27T09:42:55Z | - |
dc.date.available | 2023-10-27T09:42:55Z | - |
dc.date.issued | 2021-08-03 | - |
dc.identifier.citation | COSTA, Rafael Lima. Tactful Networking as a Cornerstone for Opportunistic Human-aware D2D Communication. 2021. 132 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Instituto de Matemática - IM, Universidade Federal da Bahia, Salvador (Bahia), 2021. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufba.br/handle/ri/38256 | - |
dc.description.abstract | Among the mobile network challenges, there is data traffic growth, an increasing number of connected devices, spectrum limitations, and costly infrastructure updates. In this context, opportunistic D2D communication appears as a solution to offload data, increase capillarity, deliver content in specific scenarios (e.g., emergency) and foster innovative applications and services. Previous standards like LTE discussed D2D broadly. Still, recent research remarks that 5G/6G will be D2D's real enablers, given the possibility of using human-behavior big data from users' devices. Previous opportunistic D2D forwarding algorithms extracted mobility characteristics for improving content delivery cost-effectiveness. Nevertheless, most initiatives dealt with traditional metrics due to constraints, such as limited availability of real traces or the lack of a human-centered networking vision. Next-generation solutions need a more in-depth vision of human aspects hidden into datasets. Moreover, scenarios practical to mobile carriers lack evaluation. To this end, this thesis guides the reader through the whole process for building a novel Tactful Opportunistic COmmunicaTion Strategy (TOOTS). TOOTS leverages wireless encounter patterns, temporal, spatial, geographic, and direction awareness to improve cost-effectiveness content delivery in a mobile networks scenario. The proposal consists of: learning human-aspect state-of-art best practices; achieving insights to improve strategy's performance; using, proposing, and analyzing human-aware metrics; combining metrics and insights into the strategy targeting an improved performance in a more realistic mobile scenario; and finally, evaluating the strategy through its strengths and shortcomings. This thesis shows that TOOTS improved the performance of an opportunistic content delivery scenario in terms of overhead, delivery rate, and latency by following this process. First, to achieve the results, we survey the human aspect in networking solutions for over a decade. We found that there is an evolution in how the human links to networking challenges. This broader human-aware vision culminates into the Tactful Networking perspective, which we introduce to follow, including discussions concerning application examples and insights. We complete the literature review by discussing state-of-art opportunistic forwarding strategies, including contributions, gaps, and open issues. Second, we discuss a framework for enhancing raw human data hidden into datasets. A case study with the MACACO dataset validates the framework through trace characterization results and analysis. Following, we characterize MACACO, NCCU, and GRM datasets to bring insights and to validate TOOTS. The presented and analyzed strategy's metrics come from such datasets' characterization results and insights. Third, we introduce TOOTS, targeting cost-effective content delivery in a mobile scenario. Afterward, we present the formal definition for choosing the disseminator nodes problem (TOOTS' 1st phase). As motivation, we analyze the overhead and latency of the Epidemic forwarding. Subsequently, we introduce TOOTS' two phases: a Tactful Dissemination Policy and a forwarding algorithm. Finally, we compare TOOTS' effectiveness on its phases with enhanced Store-wait-forward, Epidemic, and Bubble Rap algorithms through real and synthetic traces. Among the main outcomes, in a scenario with a 30m range, TOOTS reached a 100% delivery ratio with 28% and 73% reduced delivery latency, and with 16% and 27% reduced overhead, respectively, in the real and synthetic datasets. With a restricted (10m) range, TOOTS was the fastest strategy and the only one that delivered 100% of the contents within the real trace. Consequently, this thesis contributes to addressing the opportunistic content delivery problem in cellular networks by providing a cost-effective human-aware opportunistic solution. The strategy can be applied in different scenarios to assist the operator in delivering content without not necessarily using their legacy network, e.g., by exploring the capillarity of their mobile users, for data offloading and other applications. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES | pt_BR |
dc.language | por | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal da Bahia | pt_BR |
dc.subject | Ciência da Computação | pt_BR |
dc.subject | Redes móveis | pt_BR |
dc.subject | Tecnologias | pt_BR |
dc.subject.other | Computer science | pt_BR |
dc.subject.other | Mobile networks | pt_BR |
dc.subject.other | Technologies | pt_BR |
dc.title | Tactful networking as a cornerstone for opportunistic human-aware D2D communication. | pt_BR |
dc.title.alternative | Rede diplomática como base para comunicação D2D oportunista e consciente do ser humano. | pt_BR |
dc.type | Tese | pt_BR |
dc.contributor.referees | Rios, Ricardo Araújo | - |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação (PGCOMP) | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFBA | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO | pt_BR |
dc.contributor.advisor1 | Sampaio, Leobino Nascimento | - |
dc.contributor.advisor1ID | https://orcid.org/0000-0003-4855-0936 | pt_BR |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1952937182023132 | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 | Viana, Aline Carneiro | - |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/8215777732976366 | pt_BR |
dc.contributor.referee1 | Valois, Fabrice | - |
dc.contributor.referee1Lattes | https://perso.citi-lab.fr/fvalois/ | pt_BR |
dc.contributor.referee2 | Coelho, Eduardo Cerqueira | - |
dc.contributor.referee3 | Castel-Taleb, Hind | - |
dc.contributor.referee3Lattes | https://ieeexplore.ieee.org/author/38273307300 | pt_BR |
dc.contributor.referee4 | Lima, Michele Nogueira | - |
dc.contributor.referee4Lattes | http://lattes.cnpq.br/7862253799240671 | pt_BR |
dc.contributor.referee5 | Greve, Fabíola Gonçalves Pereira | - |
dc.contributor.referee5ID | https://orcid.org/0000-0001-6748-8440 | pt_BR |
dc.contributor.referee5Lattes | http://lattes.cnpq.br/0120615995402345 | pt_BR |
dc.creator.ID | https://orcid.org/0000-0002-2050-6194 | pt_BR |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/2286524075210918 | pt_BR |
dc.description.resumo | 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. | pt_BR |
dc.publisher.department | Instituto de Matemática | pt_BR |
dc.contributor.refereesLattes | http://lattes.cnpq.br/0427387583450747 | pt_BR |
dc.type.degree | Doutorado | pt_BR |
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