Uma solução para offloading computacional em VANETs baseada na predição do tempo de vida do enlace

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Rocha, Paulo Henrique Gonçalves
Orientador(a): Rêgo, Paulo Antonio Leal
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/74992
Resumo: Vehicular networks (VANETs) facilitate the deployment of intelligent applications in urban mobility scenarios, such as real-time traffic data dissemination or resource sharing among VANET components. However, the communication time (referred to as link lifetime or TVE) between nodes is typically short due to the dynamic nature of vehicular mobile scenarios. This limited communication duration has an impact on applications and processes within VANETs, including the decision-making process for task offloading. Furthermore, there is limited integration of entities such as pedestrians in existing research on VANETs, particularly in the context of offloading applications. An architectural model is proposed for computational offloading in VANETs, which involves intelligent prediction of the link lifetime to support the decision-making process. Firstly, a machine learning (ML) model is proposed to predict TVE between nodes in VANETs. The aim is to enhance the efficiency of predictions and improve the decision-making process for computational offloading. Several ML models were trained to evaluate the feasibility of predicting TVE in both Highway and Urban scenarios. Subsequently, an offloading decision algorithm is developed to distribute tasks among resource servers from pedestrian devices. The algorithm’s efficiency is evaluated in comparison to the random decision algorithm (FIFO, First in First out), as well as from different perspectives based on the available servers. The results demonstrate that TVE prediction modeling using SVR (Support Vector Regression) is effective, leading to a 50% reduction in task loss rate compared to the traditional approach. The decision algorithm exhibits lower recovery and false negative rates during the offloading process compared to the random approach, with the number of false negatives or local runs being approximately 40% lower.
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Furthermore, there is limited integration of entities such as pedestrians in existing research on VANETs, particularly in the context of offloading applications. An architectural model is proposed for computational offloading in VANETs, which involves intelligent prediction of the link lifetime to support the decision-making process. Firstly, a machine learning (ML) model is proposed to predict TVE between nodes in VANETs. The aim is to enhance the efficiency of predictions and improve the decision-making process for computational offloading. Several ML models were trained to evaluate the feasibility of predicting TVE in both Highway and Urban scenarios. Subsequently, an offloading decision algorithm is developed to distribute tasks among resource servers from pedestrian devices. The algorithm’s efficiency is evaluated in comparison to the random decision algorithm (FIFO, First in First out), as well as from different perspectives based on the available servers. The results demonstrate that TVE prediction modeling using SVR (Support Vector Regression) is effective, leading to a 50% reduction in task loss rate compared to the traditional approach. The decision algorithm exhibits lower recovery and false negative rates during the offloading process compared to the random approach, with the number of false negatives or local runs being approximately 40% lower.As redes veiculares (VANETs) possibilitam aplicações inteligentes em cenários de mobilidade urbana, como, por exemplo, dados em tempo real de tráfego ou compartilhamento de recursos de componentes da VANET. No entanto, o tempo de comunicação (tempo de vida do enlace - TVE) entre os nós é geralmente curto devido ao dinamismo dos cenários móveis veiculares. Tal duração da comunicação afeta aplicações e processos em VANETs, como o processo de tomada de decisão de quando fazer o offloading de uma subparte da aplicação, também conhecida como tarefa. Além disso, há pouca integração de entidades, como pedestres, em trabalhos relacionados a VANETs, principalmente no campo de aplicações de offloading em VFC(Vehicular Fog Computing). Uma VFC é uma arquitetura que utiliza usuário final ou dispositivos de borda próximos ao requisitante de offloading para reduzir o tempo de processamento e transmissão de tarefas. Com isso, o objetivo do trabalho é propor um modelo de arquitetura, para o offloading computacional em VANETs, através da predição inteligente do TVE no suporte ao processo de decisão utilizando modelos de Aprendizado de Máquina (do inglês, Machine Learning - ML) escolhidos com base em contexto de tráfego do requisitante de offloading. Primeiramente foi realizada uma modelagem para a predição do TVE utilizando ML entre nós em VANETs, a fim de realizar predições mais eficientes e consequentemente melhorar o processo de tomada de decisão no offloading computacional. Posteriormente foi desenvolvido um algoritmo de decisão de offloading para realizar o balanceamento de tarefas entre os servidores de uma VFC a partir do dispositivo do pedestre. Finalmente, foi implementada uma arquitetura que utilize modelos de ML adaptativos por região, para realizar a predição do TVE, a fim de auxiliar o processo de decisão e balanceamento de tarefas de offloading em uma rede VFC. Os resultados demonstraram que a modelagem de predição do TVE através de algoritmos de ML foram efetivas, chegando a reduzir a taxa de perda de tarefas em 50% em comparação a abordagem tradicional de predição, utilizada em outros trabalhos. No processo de escolha adaptativa de modelos de ML executada pela arquitetura, os resultados indicaram que a abordagem reduziu em 50% o número de falhas no número de tarefas enviadas aos servidores VFC, resultando em um aumento de mais de 8% no número de tarefas executadas com sucesso em comparação com a escolha de um único modelo para predição.Uma solução para offloading computacional em VANETs baseada na predição do tempo de vida do enlaceA solution for computational offloading in VANETs based on link lifetime predictioninfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisRedes veicularesTempo de vida do enlaceOffloading computacionalMachine learningVANETLink lifetimeComputational offloadingMachine learningCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFChttp://lattes.cnpq.br/4429480577806226http://lattes.cnpq.br/6631267110894080http://lattes.cnpq.br/61005467138181632023-11-17ORIGINAL2023_dis_phgrocha.pdf2023_dis_phgrocha.pdfapplication/pdf4616509http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/74992/3/2023_dis_phgrocha.pdf8c7c33e8ef7d95f825ae46af469eab5eMD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/74992/4/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD54riufc/749922023-11-17 09:28:10.813oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2023-11-17T12:28:10Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
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