In 5G networks, time-series data will be omnipresent for the monitoring of network
metrics. With the increase in the number of Internet of Things (IoT) devices
in the next years, it is expected that the number of real-time time-series
data streams increases at a fast pace. To be able to monitor those streams,
test and correlate different algorithms and metrics simultaneously and in a
seamless way, time-series forecasting is becoming essential for the pro-active
successful management of the network.
The objective of this dissertation is to design, implement and test a prediction
system in a communication network, that allows integrating various networks,
such as a vehicular network and a 4G operator network, to improve the network
reliability and Quality-of-Service (QoS). To do that, the dissertation has
three main goals: (1) the analysis of different network datasets and implementation
of different approaches to forecast network metrics, to test different
techniques; (2) the design and implementation of a real-time distributed
time-series forecasting architecture, to enable the network operator to make
predictions about the network metrics; and lastly, (3) to use the forecasting
models made previously and apply them to improve the network performance
using resource management policies.
The tests done with two different datasets, addressing the use cases of congestion
management and resource splitting in a network with a limited number
of resources, show that the network performance can be improved with proactive
management made by a real-time system able to predict the network
metrics and act on the network accordingly.
It is also done a study about what network metrics can cause reduced accessibility
in 4G networks, for the network operator to act more efficiently and
pro-actively to avoid such eventsEm redes 5G, séries temporais serão omnipresentes para a monitorização
de métricas de rede. Com o aumento do número de dispositivos da Internet
das Coisas (IoT) nos próximos anos, é esperado que o número de fluxos de
séries temporais em tempo real cresça a um ritmo elevado. Para monitorizar
esses fluxos, testar e correlacionar diferentes algoritmos e métricas simultaneamente
e de maneira integrada, a previsão de séries temporais está a
tornar-se essencial para a gestão preventiva bem sucedida da rede.
O objetivo desta dissertação é desenhar, implementar e testar um sistema
de previsão numa rede de comunicações, que permite integrar várias redes
diferentes, como por exemplo uma rede veicular e uma rede 4G de operador,
para melhorar a fiabilidade e a qualidade de serviço (QoS). Para isso,
a dissertação tem três objetivos principais: (1) a análise de diferentes datasets
de rede e subsequente implementação de diferentes abordagens para
previsão de métricas de rede, para testar diferentes técnicas; (2) o desenho
e implementação de uma arquitetura distribuída de previsão de séries temporais
em tempo real, para permitir ao operador de rede efetuar previsões
sobre as métricas de rede; e finalmente, (3) o uso de modelos de previsão
criados anteriormente e sua aplicação para melhorar o desempenho da rede
utilizando políticas de gestão de recursos.
Os testes efetuados com dois datasets diferentes, endereçando os casos de
uso de gestão de congestionamento e divisão de recursos numa rede com
recursos limitados, mostram que o desempenho da rede pode ser melhorado
com gestão preventiva da rede efetuada por um sistema em tempo real capaz
de prever métricas de rede e atuar em conformidade na rede.
Também é efetuado um estudo sobre que métricas de rede podem causar
reduzida acessibilidade em redes 4G, para o operador de rede atuar mais
eficazmente e proativamente para evitar tais acontecimentos.Mestrado em Engenharia de Computadores e Telemátic
