Comunicação dispositivo-a-dispositivo orientada a atributos para descarregamento de dados em redes celulares

Autor: Vinicius Fonsêca e Silva
Přispěvatelé: Daniel Fernandes Macedo, Marcelo Dias de Amorim, Anelise Munaretto Fonseca, Augusto José Venâncio Neto, Denis Lima do Rosário, José Marcos Silva Nogueira, Vinícius Fernandes Soares Mota
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFMG
Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
instacron:UFMG
Popis: CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Outra Agência O tráfego de dados de redes celulares mostra um crescimento exponencial ano após ano. O descarregamento oportunístico de dados móveis ameniza o problema movendo o tráfego para outras redes, podendo ser empregada para tal a comunicação Dispositivo-a-Dispositivo (Device-To-Device - D2D). Dessa forma, usuários que requisitam o mesmo dado podem compartilhá-lo entre si por meio de um enlace direto, eliminando a necessidade de múltiplas requisições na rede celular. Historicamente, grande parte das propostas de infraestruturas D2D/celular não considera a relação entre a mobilidade dos dispositivos e o conteúdo transmitido. Outra desvantagem é que tais propostas dependem de soluções de pré-carregamento de conteúdo. Isso faz com que o cache dos dispositivos receba conteúdo que pode não ser de interesse deles, mas somente de seus vizinhos, dessa forma aumentando o tráfego na rede celular. Visando aumentar o emprego de comunicação D2D oportunística e do cache, e com isso reduzir o tráfego na rede celular, o presente trabalho propõe dois modelos de prioridade para substituição de conteúdo no cache dos dispositivos, que computam valores de prioridade para cada conteúdo armazenado. A substituição tem como base um monitoramento da mobilidade de cada dispositivo, bem como do perfil do conteúdo requisitado por cada um. Tal processo ocorre de forma distribuída e independente por cada dispositivo, ocorrendo sempre que ele recebe um novo conteúdo e seu respectivo cache está sobrecarregado. Os modelos propostos consideram apenas os conteúdos que o respectivo dispositivo consumiu e tem armazenado no cache, eliminando o pré-carregamento de conteúdo. O primeiro modelo, denominado Modelo de Prioridade de Propósito Geral (MP-PG), considera cenários em que o conteúdo é indivisível e de qualidade fixa. Já o segundo modelo, denominado Modelo de Prioridade Ciente de Qualidade (MP-CQ), foca em cenários em que o conteúdo se divide em segmentos (chunks) de qualidade variável (por exemplo, vídeo adaptativo). O MP-CQ ainda otimiza a qualidade do conteúdo recebido pelos dispositivos. A avaliação do desempenho do MP-PG e do MP-CQ ocorreu por meio de simulações, variando-se parâmetros como o número de conteúdos e usuários na rede. Os modelos foram comparados com uma solução clássica que remove os conteúdos mais antigos, desconsiderando a relação conjunta entre atributos de mobilidade e conteúdo. Os modelos também foram comparados com uma solução do estado da arte que considera esses atributos sob uma abordagem distinta. Os resultados comprovam a eficiência dos modelos em termos do emprego de comunicação D2D e do cache, além do custo sobre as mensagens de controle enviadas. Data traffic from cellular networks shows an exponential growth year after year. Opportunistic mobile data offloading alleviates the problem by moving traffic to other networks, and Device-To-Device (D2D) communications can be used for such a purpose. In this way, users that request the same data can share it among themselves through a direct link, thus eliminating the need of multiple requests in the cellular network. Historically, most proposals of a D2D/cellular infrastructure do not consider the tradeoff between device mobility and the transmitted content. Another drawback is that these proposals rely on content preloading. This forces the device to cache content that might not be of interest of the respective user, but only of his neighbors, increasing the traffic on the network. To increase the use of opportunistic D2D communications and the device cache, this way reducing the traffic on the cellular network, this work proposes two priority models for cache replacement, computing priority values for the stored content. The cache replacement procedure is based on monitored data related to the mobility of each device, as well as their respective content download profile. Such a procedure is distributed among the devices, occurring every time they receive new content, and their respective cache is overloaded. The proposed models consider only content consumed and stored by each device, eliminating content preloading. The first model, called General Purpose Priority Model (MP-PG), considers scenarios with generic content of fixed quality that cannot be fragmented. The second model, called Quality-Aware Priority Model (MP-CQ), considers content splittable into segments (or chunks) of variable quality (e.g., adaptive video). MP-CQ also improves the content quality perceived by each user. The performance evaluation of MP-PG and MP-CQ occurred through simulations, varying parameters like the amount of content and users in the network. Both models were compared with a classic solution that removes the oldest content, hence not considering the joint relationship between mobility and content attributes. The proposed models were also compared with a state-of-the-art solution. Results prove the effectiveness of both models in terms of the use of D2D communications and the cache, as well as the cost related to control messages.
Databáze: OpenAIRE
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