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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-1742-6329
Tipo de documento: Tese
Tipo de acceso: Acesso Aberto
Título: Uso de Deep Q-Learning para alocação de recursos uplink em redes heterogêneas LTE-A/5G
Título (s) alternativo (s): Deep Q-Learning Application to Uplink Resource Allocation in LTE-A/5G Heterogeneous Networks
Autor: Garbazza, Itagildo Edmar
Primer orientador: Silva, Éderson Rosa da
Primer coorientador: Guardieiro, Paulo Roberto
Primer miembro de la banca: Mateus, Alexandre Coutinho
Segundo miembro de la banca: Costa, André Luiz Aguiar da
Tercer miembro de la banca: Teixeira, Márcio Andrey
Cuarto miembro de la banca: Mata, Saulo Henrique da
Resumen: A crescente demanda por conectividade móvel, impulsionada pela diversidade de aplicações com requisitos rigorosos de qualidade de serviço (QoS), impõe desafios à alocação eficiente de recursos em redes heterogêneas LTE-A/5G. Em vista disso, este trabalho propõe uma solução integrada de escalonamento e alocação de recursos no uplink, com o objetivo de garantir a QoS, reduzir o consumo energético e mitigar interferências intercelulares em cenários densos e de alta mobilidade. A metodologia desenvolvida combina técnicas de Deep Q-Learning (DQL), capazes de aprender políticas ótimas de alocação de recursos por meio da interação com o ambiente, e o método multicritério Weighted Aggregated Sum Product Assessment (WASPAS), aplicado à tomada de decisão de handover com base em múltiplos critérios, como Signal to Interference plus Noise Ratio (SINR), carga de tráfego celular e mobilidade do usuário. A proposta contempla três componentes principais: (i) um escalonador de objetivo duplo que prioriza, de forma diferenciada, o tráfego em tempo real (RT) e não em tempo real (NRT), considerando os requisitos específicos de cada classe de serviço; (ii) um mecanismo de alocação de recursos com restrição de energia, adaptativo às variações do canal e à demanda de QoS; e (iii) uma estratégia inteligente de handover, que promove continuidade de serviço e redução de quedas de conexão. O desempenho do sistema foi avaliado por meio de simulações no ambiente Network Simulator 3 (ns-3), utilizando diferentes densidades de usuários e cenários dinâmicos. Os resultados demonstram ganhos significativos em relação a algoritmos tradicionais, como Proportional Fair (PF) e New Courteous Algorithm (NCA), evidenciando redução do atraso, aumento do throughput, melhoria do índice de justiça na distribuição de recursos e diminuição das taxas de perda de pacotes e de queda de chamadas. Como consequência, evidencia-se o potencial das abordagens baseadas em inteligência artificial e decisão multicritério para a otimização da alocação de recursos em redes móveis celulares modernas.
Abstract: The growing demand for mobile connectivity, driven by diverse applications with stringent Quality of Service (QoS) requirements, poses significant challenges to the efficient allocation of resources in heterogeneous LTE-A/5G networks. This work proposes an integrated solution for uplink scheduling and resource allocation, aiming to ensure QoS, reduce energy consumption, and mitigate intercell interference in dense and high-mobility scenarios. The proposed methodology combines Deep Q-Learning (DQL), capable of learning optimal resources allocation policies through environment interaction, and the multi-criteria decision-making method Weighted Aggregated Sum Product Assessment (WASPAS), applied to intelligent handover decisions based on multiple criteria, such as Signal to Interference plus Noise Ratio (SINR), cell load, and user mobility. The solution is structured into three main components: (i) a dual-objective scheduler that prioritizes real-time (RT) and non-real-time (NRT) traffic based on the specific requirements of each service class; (ii) an energy-constrained resource allocation mechanism that adapts to channel variations and QoS demands; and (iii) an intelligent handover strategy that promotes service continuity and reduces connection drops. System performance was evaluated through simulations using the Network Simulator 3 (ns-3) environment under various user densities and dynamic scenarios. The results show significant improvements compared to traditional algorithms such as Proportional Fair (PF) and New Courteous Algorithm (NCA), including delay reduction, increased throughput, improved fairness index in resource distribution, and lower packet loss and call drop rates. As a result, the potential of artificial intelligence and multi-criteria decision-making based approaches for optimizing resource allocation in modern cellular mobile networks is highlighted.
Palabras clave: Alocação de Recursos
Resource Allocation
Deep Q-Learning
Escalonamento Uplink
Uplink Scheduling
Qualidade de Serviço
Quality of Service
Redes Heterogêneas
Heterogeneous Networks
Área (s) del CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Cita: GARBAZZA, Itagildo Edmarm. Uso de Deep Q-Learning para alocação de recursos uplink em redes heterogêneas LTE-A/5G. 2025, 110fl. Doutorado (Tese em eng. elétrica). - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.374
Identificador del documento: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.374
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46472
Fecha de defensa: 4-jun-2025
Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS): ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Aparece en las colecciones:TESE - Engenharia Elétrica

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