Infrastructure and device-to-device cellular data offloading
NÚmero
de pÁginas:
122
Data da defesa:
02/12/2015
Local:
Sala 2077 do ICEx
HorÁrio:
14:30
Banca
Examinadora:
Prof. José Marcos Silva Nogueira - Orientador (Dr. (Departamento de Ciência da Computação - UFMG)) Prof. Daniel Fernandes Macedo - Coorientador (Dr. (Departamento de Ciência da Computação - UFMG)) Prof. Célio Vinicius Neves de Albuquerque (Dr. (Departamento de Ciência da Computação - UFF)) Profa. Lynda Mokdad (Dra. (Université Paris-Est Créteil - França)) Prof. Marcelo Dias de Amorim (Dr. (UPMC - LIP6)) Prof. Yacine Ghamri-Doudane (Dr. (LIGM - University Paris-Est Marne-la-Vallée - França))
Resumo:
Esta tese aborda o problema de sobrecarga dos provedores de serviço de Internet sem fios. O crescimento do número de assinaturas de serviço de banda larga móvel conduziu vários gargalos para os provedores, tais como, disponibilidade de largura de banda e compartilhamento de recursos em uma única célula de celular. Os provedores podem amenizar o tráfego de dados de sua infraestrutura por meio de implantação de células menores, tais como femtocells, redes Wi-Fi ou, mais recentemente, de redes dispositivo à dispositivo oportunistas. Este trabalho avalia a viabilidade para descarregamento de tráfego de dados móveis utilizando os pontos de acesso Wi-Fi, propõe um arcabouço de descarregamento de dados utilizando redes oportunistas e um mecanismo de incentivo para estimular a cooperação entre os usuários.
Mapeamos a cobertura 3G e Wi-Fi em várias rotas de ônibus de Paris, a fim de avaliar como os usuários e os provedores podem aproveitar a infraestrutura existente. Nossos resultados indicam que os pontos de acesso WiFi dos provedores podem descarregar parte do tráfego de dados. No entanto, restrições como o tempo de associação e de autenticação podem reduzir a quantidade de dados descarregados.
Propusemos um arcabouço de decisão multicritério, chamado OppLite, para descarregamento de dados de redes 3G usando comunicação oportunísta dispositivo à dispositivo. Simulações mostraram que o descarregamento móvel oportunista pode expandir a cobertura e eficiência da rede, descarregando até 36% do tráfego de dados em determinados cenários. No entanto, a eficácia de descarregamento de dados móveis oportunista depende principalmente da tolerância ao atraso das aplicações e da cooperação dos usuários.
Como o descarregamento de dados oportunisticamente depende da boa vontade do usuário em oferecer seu recursos aos outros, propomos um mecanismo de incentivo que constrói uma tabela de reputação baseado na fonte das mensagens recebidas por nós intermediários, batizado de MINEIRO. Observamos que a rede suporta até 60% de nós com comportamento egoísta sem degradação de desempenho em um cenário de mobilidade aleatório. Após esse limite, MINEIRO manteve a taxa de entrega de mensagens e o atraso constante. Enquanto isso, em um cenário com mobilidade baseada em modelos sociais, o comportamento egoísta degrada o desempenho da rede rapidamente.
ABSTRACT:
This thesis addresses the overload problem of the Wireless Internet service Providers' (WISP) network. The growth of mobile broadband subscription has been leading several bottlenecks to WISPs, such as, bandwidth availability and resource sharing of over a single cellular cell. WISPs can move off data traffic from its infrastructure by deploying small cells, such as femtocells, to public WiFi networks or, more recently, to device-to-device opportunistic networks. This work evaluates the feasibility to offload mobile data traffic using WiFi hotspots, proposes a framework to opportunistic data offloading and an incentive mechanism to encourage users' cooperation.
We mapped 3G and WiFi coverage through several bus routes in Paris in order to evaluate how users and WISPs can benefit from the existing infrastructure. Our results indicate that the deployed WISPs access points can offload part of the data traffic, however restrictions such as association time and the authentication process may reduce the amount of offloaded data.
We propose a multi-criteria decision-making framework, called OppLite, to offload data from 3G networks using opportunistic device-to-device communications. Trace-driven simulations showed that opportunistic mobile offloading can expand coverage and network efficiency, offloading up to 36% of data in certain scenarios. Thus, the effectiveness of opportunistic mobile offloading depends mainly of the delay tolerance of the applications and whether the user cooperates.
Since opportunistic offloading depends on the users willingness to offer his/her resources to others, we propose a message-based incentive mechanism that builds a reputation rank based on the source of messages received by the forwarding nodes, called MINEIRO. The network supports up to 60% of nodes with selfish behavior without performance degradation in a random mobility scenario. After this threshold, MINEIRO kept the delivery rate and the delay constant. Meanwhile, in a scenario with social-based mobility, selfish behavior degrades the network performance quickly.
Palavras-chave:
Comunicação Dispositivo-dispositivo, Descarga de dados, Mecanismos de Incentivo, Rede oportunística
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