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Tipo: Tese
Título: Otimização em redes de backhaul sem fio
Título em inglês: Network optimization for wireless microwave backhaul
Autor(es): Nepomuceno, Napoleão
Orientador: Bermond, Jean-Claude
Coorientador: Coudert, David
Campêlo Neto, Manoel Bezerra
Palavras-chave: Sistemas de comunicação sem fio;Ciência da Computação
Data do documento: 2010
Citação: NEPOMUCENO, Napoleão. Network optimization for wireless microwave backhaul. 2010. 116 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2010.
Resumo: Inovações tecnológicas têm transformado a indústria de telecomunicações visando fornecer capacidade e eficiência para suportar a crescente demanda por serviços de banda larga sem fio. Com os avanços das tecnologias de acesso, o gargalo de capacidade das redes celulares está gradualmente passando da interface de rádio para o backhaul — a parte da infraestrutura de rede que fornece interconexão entre as redes de acesso e o backbone. A implantação rápida e econômica da infraestrutura de comunicação sem fio está se mostrando um ponto crucial para se resolver o problema do gargalo de capacidade do backhaul. No entanto, soluções de backhaul disponíveis com essa tecnologia têm recebido pouca atenção da comunidade cientifica. A medida que as redes de backhaul sem fio se tornam maiores e mais complexas, diversos problemas interessantes de otimização de rede surgem nesta Area em desenvolvimento. De fato, ao contrário das redes cabeadas clássicas, a capacidade de um canal de rádio microondas está sujeita a alterações, quer seja por fatores externos (condições climáticas), quer seja pela ação do operador de rede. Esta diferença fundamental levanta uma série de novas questões a serem ainda abordadas de forma apropriada. Devemos, portanto, desenvolver métodos de otimização adequados ao contexto das redes de backhaul sem fio. 0 tema central de investigação nesta tese são importantes e desafiadores problemas de otimização de rede relacionados com a concepção e a configuração de redes de backhaul sem fio, dentre os quais destacam-se problemas de multifluxo de custo mínimo com funções de custo em escada dos liames da rede. Estes são problemas difíceis a um ponto tal que, diante de instâncias oriundas de situações reais, somente soluções aproximadas são factíveis de serem obtidas computacionalmente. Nesse contexto, nós propomos modelos matemáticos para alguns destes problemas e apresentamos métodos de resolução baseados essencialmente em programação inteira mista, programação sob restrições probabilisticas, técnicas de relaxação, métodos de corte, bem como metaheurísticas híbridas. Este trabalho foi realizado em colaboração com a empresa 3Roarn, e foi parcialmente desenvolvido no âmbito do projeto conjunto RAISOM (Réseaux de Collecte IF sans fil optimises), entre o INRIA Sophia Antipolis, a empresa 3Roam e a empresa Avisto. Esta tese foi desenvolvida em co-tutela entre a Universidade Federal do Ceará e a Universidade de Nice-Sophia Antipolis.
Abstract: Technological breakthroughs have transformed the telecommunications industry aiming at providing capacity and efficiency to support the increasing demand for wireless broadband services. With the advances in access technologies, the capacity bottleneck of cellular networks is gradually moving from the radio interface towards the backhaul — the portion of the network infrastructure that provides interconnectivity between the access and core networks. The ability for microwave to be rapidly and cost-effectively deployed is being a crucial point for successfully tackling the backhaul bottleneck problem. However, backhaul solutions available with this technology have received little attention from the scientific community. Nevertheless, the growth of microwave backhaul networks and their increasing complexity give rise to many interesting optimization problems. In fact, unlike wired networks, the capacity of a microwave radio link is prone to variations, either due to external factors (e.g., weather) or by the action of the network operator. This fundamental difference raises a variety of new issues to be addressed appropriately. Therefore, more refined approaches for dealing with network optimization in wireless microwave backhaul need to be conceived. In this thesis, we investigate network optimization problems related to the design and configuration of wireless microwave backhaul. We are concerned with a general class of problems expressed in terms of minimum cost multicommodity flows with discontinuous step increasing cost functions on the links of the network. These problems are among the most important and challenging problems in network optimization. Generally, they are computationally very difficult and, in practice, can only be solved approximately. We introduce mathematical models for some of these problems and present solution approaches essentially based on general mixed integer programming, chance-constrained programming, relaxation techniques, cutting plane methods, as well as hybrid metaheuristics. This work was done in collaboration with the SME 3Roam, and partially developed within the scope of the joint project RAISOM (Réseaux de collecte IP sans til optimisés), among INRIA Sophia Antipolis, SME 3Roam, and SME Avisto. This thesis was developed under joint PhD thesis supervision between the University of Nice-Sophia Antipolis and the Federal University of Ceara".
Résumé: Les avancées technologiques poussent l'industrie des telecommunications à fournir la capacité et la qualité nécessaire pour satisfaire la demande croissante de services sans fil à haut debit. De plus, avec les progres des technologies d'acces, le goulot d'étranglement des réseaux cellulaires se déplace progressivement de rinterface radio vers le backhaul — la partie de l'infrastructure du réseau qui fournit rinterconnexion entre les réseaux d'acces et de coeur. Aussi, la possibilité de déployer rapidement des liens radio micro-ondes efficaces est essentielle pour apporter des solutions crédibles au probleme de l'engorgement des réseaux backhaul. Toutefois, les solutions de backhaul disponibles avec cette technologie ont reçu peu d'attention de la communauté scientifique. Pourtant, la croissance des réseaux backhaul et raugmentation de leur complexité posent de nombreux problemes d'optirnisation tres intéressants. En effet, contrairement aux réseaux filaires, la capacité d'un lien radio micro-ondes est sujette a variation, soit due à des facteurs extérieurs (météo), soit par l'action de ropérateur. Cette difference fondamentale souleve une variete de nouvelles questions qui doivent Etre abordées de fawn appropriée. Ii faut donc concevoir des méthodes adéquates pour roptimisation des réseaux backhaul. Dans ceife these, nous étudions les problemes d'optimisation de réseaux lies a la conception et la configuration des liaisons terrestres sans fil à micro-ondes. NO115 nous intéressons en particuLier à la classe des problemes de multiflot de milt minimum avec des fonctions de coat en escalier sur les liens du réseau. Ces problmes sont parmi les problémes d'optimisation combinatoire les plus importants et les plus difficiles dans roptimisation des réseaux, et il n'est généralement possible de les résoudre que de fawn approchee. Nous introduisons des modeles mathématiques pour certains de ces problemes et présentons des approches de solution basées essentiellement sur la prog-rammation entiere mixte, la programmation sous contraintes probabilistes, des techniques de relaxation, des methodes de coupe, ainsi que des méta-heuristiques hybrides. Ces travaux ont été effectués en collaboration avec la PME 3Roam, et partiellement dans le cadre du projet RAISOM (Reseaux de Collecte IP sans fil optimises) entre le projet Mascotte et les PMEs 3Roam et Avisto. Cate these a été développée en co-tutelle entre l'Université de Nice-Sophia Antipolis et l'Université Federale du Ceará.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/61243
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