Da estatística ao aprendizado profundo: previsão da taxa de transferência móvel

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Santos, Estêvão
Orientador(a): Almeida, Tiago lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus Sorocaba
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCC-So
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
QoS
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.14289/23033
Resumo: The limitations of throughput remain one of the main challenges for mobile network performance. They stem from factors such as capacity constraints, coexistence of multiple technological generations, user mobility, massive integration of the Internet of Things, and unequal access in regions such as Latin America. This variability directly compromises Quality of Service (QoS) and Quality of Experience (QoE), highlighting the need for predictive mechanisms capable of anticipating performance fluctuations, optimizing radio resource allocation, and ensuring efficient connectivity in heterogeneous and complex scenarios. In this context, accurate throughput forecasting plays a central role in adaptive resource management and in maintaining service quality in mobile networks, especially under high-mobility conditions. This work systematically investigates two fundamental dimensions of time series modeling applied to this problem: (i) the contrast between local and global models, and (ii) the impact of including or excluding external covariates. To this end, statistical, machine learning, and deep learning methods are evaluated using real-world mobile network data, where throughput is predicted from channel quality metrics and user speed as potential covariates. Experimental results show that global tree-based models, such as LightGBM, provide the best balance between accuracy, robustness, and efficiency. Furthermore, the use of covariates—mainly related to network quality—proved insufficient to consistently improve predictive performance given the inherent complexity of the forecasting task.
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This variability directly compromises Quality of Service (QoS) and Quality of Experience (QoE), highlighting the need for predictive mechanisms capable of anticipating performance fluctuations, optimizing radio resource allocation, and ensuring efficient connectivity in heterogeneous and complex scenarios. In this context, accurate throughput forecasting plays a central role in adaptive resource management and in maintaining service quality in mobile networks, especially under high-mobility conditions. This work systematically investigates two fundamental dimensions of time series modeling applied to this problem: (i) the contrast between local and global models, and (ii) the impact of including or excluding external covariates. To this end, statistical, machine learning, and deep learning methods are evaluated using real-world mobile network data, where throughput is predicted from channel quality metrics and user speed as potential covariates. Experimental results show that global tree-based models, such as LightGBM, provide the best balance between accuracy, robustness, and efficiency. Furthermore, the use of covariates—mainly related to network quality—proved insufficient to consistently improve predictive performance given the inherent complexity of the forecasting task.As limitações do throughput (taxa de transferência de dados) continuam sendo um dos principais desafios para o desempenho das redes móveis. Elas decorrem de fatores como restrições de capacidade, coexistência entre diferentes gerações tecnológicas, mobilidade dos usuários, integração massiva da Internet das Coisas e desigualdades de acesso em regiões como a América Latina. Essa variabilidade compromete diretamente a Qualidade de Serviço (QoS) e Qualidade da Experiência (QoE), evidenciando a necessidade de mecanismos preditivos capazes de antecipar flutuações de desempenho, otimizar a alocação de recursos de rádio e assegurar conectividade eficiente em cenários heterogêneos e complexos. Neste contexto, a previsão do throughput assume papel central para o gerenciamento adaptativo de recursos e para a manutenção da qualidade de serviço em redes móveis, especialmente sob condições de alta mobilidade. Este trabalho investiga, de forma sistemática, duas dimensões fundamentais da modelagem de séries temporais aplicadas a esse problema: (i) o contraste entre modelos locais e globais e (ii) o impacto da inclusão ou exclusão de covariáveis externas. Para tanto, são avaliados métodos estatísticos, de aprendizado de máquina e de aprendizado profundo com dados reais de redes móveis, em que o throughput é previsto a partir de métricas de qualidade de canal e da velocidade do usuário como potenciais covariáveis. Os resultados experimentais demonstram que modelos globais baseados em árvores, como o LightGBM, oferecem o melhor equilíbrio entre acurácia, robustez e eficiência. Além disso, o emprego de covariáveis exploradas, principalmente relacionadas à qualidade da rede, mostraram-se insuficientes para melhorar de forma consistente o desempenho preditivo diante da complexidade inerente à tarefa de previsão.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus SorocabaPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCC-SoUFSCarhttps://sol.sbc.org.br/index.php/kdmile/article/view/37219Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessPrevisão de Séries TemporaisAprendizado de MáquinaRedes MóveisQoSThroughputCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO9. Indústria, Inovação e InfraestruturaDa estatística ao aprendizado profundo: previsão da taxa de transferência móvelFrom statistics to deep learning: forecasting mobile throughputinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8906https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/b4d02384-c9c7-45a0-ac8b-84da9934fb47/downloadfba754f0467e45ac3862bc2533fb2736MD52falseAnonymousREADORIGINALDissertação_de_Mestrado_Estêvão_Santos_Final_3.pdfDissertação_de_Mestrado_Estêvão_Santos_Final_3.pdfapplication/pdf14486684https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/dac08c5c-1884-4bea-928a-ab4af18c53cf/downloadbf499aec51f2b2db557e2029c8d2a005MD53trueAnonymousREADTEXTDissertação_de_Mestrado_Estêvão_Santos_Final_3.pdf.txtDissertação_de_Mestrado_Estêvão_Santos_Final_3.pdf.txtExtracted texttext/plain105610https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/c49c2145-9dd2-47d4-92b1-2c00f7c339d4/download3fd747739dde143d2ba352b24271db3eMD54falseAnonymousREADTHUMBNAILDissertação_de_Mestrado_Estêvão_Santos_Final_3.pdf.jpgDissertação_de_Mestrado_Estêvão_Santos_Final_3.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg3946https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/5de851b6-0b08-4078-9049-7f7a2d1e7bd8/downloada9f948ad9e0289ab901f893caf8b4aa3MD55falseAnonymousREAD20.500.14289/230332025-11-08T03:03:53.226035Zhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/23033https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-11-08T03:03:53Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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