Lopofly: técnica de otimização de localização e posicionamento para redes aéreas

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Fritsche, Giovanna Garcia Basilio
• Orientador(a): Fonseca, Anelise Munaretto
• Banca de defesa: Vendramin, Ana Cristina Barreiras Kochem , Fonseca, Anelise Munaretto , Pigatto, Daniel Fernando , Monego, Hermes Irineu Del , Pellenz, Marcelo Eduardo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Conectividade (Computadores); Redes de computadores; Tecnologia de detecção de localização (sistemas de comunicação sem fio); Veículos aéreos não tripulados; Redes ad hoc (redes de computadores); Métodos de simulação; Otimização matemática; Programação heurística; Connection machines; Computer networks; Location awareness technology (Wireless communication systems); Unmanned aerial vehicles; Ad hoc networks (Computer networks); Simulation methods; Mathematical optimization; Heuristic programming
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24727

Em áreas que exigem conectividade de curto prazo e esporádicas, como eventos e escritórios móveis, torna-se inviável manter uma infraestrutura permanente de rede somente para fornecer acesso à Internet de banda larga a clientes temporários. A utilização de nós aéreos para construir redes aéreas tem despertado grande interesse tanto da comunidade científica quanto da indústria de um modo geral. No entanto, estas redes necessitam ser gerenciadas com cuidado, principalmente devido à limitação da capacidade de energia dos nós aéreos. Diferentes soluções são encontradas, contudo, até o presente momento não foram encontradas pesquisas que propõem modelos os quais consideram, de forma conjunta, todos os aspectos restritivos de se utilizar nós aéreos: comunicação, mobilidade, restrição de energia e rotatividade. Considerando esses problemas, apresentase uma nova técnica de otimização de localização e posicionamento para redes aéreas (Location and Positioning Optimization Technique for Flying Networks – LoPoFly). O LoPoFly consiste de dois módulos: (i) localização, que tem o objetivo de encontrar um local em que um nó aéreo é necessário, tomando como base a distribuição dos clientes; e, (ii) seleção ou posicionamento, que é responsável por gerir a realocação e troca de nós aéreos, considerando o consumo energético. Estes módulos se utilizam da meta-heurística de Recozimento Determinístico (Deterministic Annealing – DA), a qual emula um processo físico (recozimento) onde um sólido é aquecido até seu ponto de fusão e arrefecido até atingir sua configuração mínima de energia. Ela é utilizada para problemas da agrupamento, compressão e classificação. Até onde se sabe, esta é a primeira abordagem para gerenciar as redes aéreas cobrindo restrições relacionadas à energia, substituição, comunicação e mobilidade em conjunto. Através de simulações, foi analisado o desempenho do LoPoFly em dois cenários. A habilidade do módulo de localização em identificar novas localizações permitiu um aumento superior a 214% no número de clientes conectados, em ambos os cenários, quando comparado a uma solução aleatória. Os resultados também mostram que em ambos os cenários, o LoPoFly reduz o número de nós aéreos necessários para suprir o evento, alcançando uma redução de 40% para o primeiro cenário e 60% para o segundo.