N-Deployment: a service-oriented and intelligent infrastructure deployment strategy for vehicular networks in complex urban environments

dc.creatorLeonardo Alvarenga Lopes Santos
dc.date.accessioned2025-12-23T15:55:01Z
dc.date.issued2025-12-03
dc.description.abstractEmerging smart-city applications demand vehicular communication infrastructures that are cost-efficient, scalable, and adaptable to diverse service needs within complex urban traffic environments. This work presents N-Deployment, a flexible strategy for deploying fixed vehicular network infrastructure (RSUs) that meets heterogeneous service requirements. The proposed approach identifies minimal deployment configurations that maximize coverage efficiency and support multiple service types over a unified urban network. N-Deployment integrates insights from prior studies, including infrastructure minimization, geometric optimization, budget constraints, service continuity, unsupervised learning techniques such as clustering, and AI-driven mobility pattern analysis. We formulate a multiobjective optimization model to ensure that a specified fraction of the vehicle fleet connects to the infrastructure within a predefined time window, traversing at least N covered cells along their routes. Additionally, the model enables heterogeneous deployments, delivering differentiated services across distinct urban regions according to local demands. GRASP and NSGA-II metaheuristics are employed to address large-scale scenarios. Experimental results using real mobility traces from Cologne, Germany, show that N-Deployment outperforms traditional strategies by achieving higher vehicle coverage with fewer RSUs while supporting multiple service levels. To our knowledge, this is the first unified strategy to simultaneously address service heterogeneity, infrastructure cost, and real-time connectivity in vehicular network deployments.
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/1241
dc.languageeng
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso aberto
dc.rightsAttribution-ShareAlike 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/br/
dc.subjectComputação - Teses
dc.subjectRedes ad hoc veiculares (Redes de computadores) - Teses
dc.subjectCidades inteligentes - Teses
dc.subject.otherRSU Deployment
dc.subject.otherVehicular networks
dc.subject.otherTraffic-aware infrastructure planning
dc.subject.otherClustering-based deployment
dc.subject.otherMultiobjective optimization
dc.subject.otherMetaheuristics
dc.subject.otherGRASP
dc.subject.otherNSGA-II
dc.subject.otherGenetic algorithm
dc.subject.otherUrban mobility analysis
dc.titleN-Deployment: a service-oriented and intelligent infrastructure deployment strategy for vehicular networks in complex urban environments
dc.title.alternativeDeposição N: uma estratégia inteligente e orientada a serviços para implantação de redes veiculares infraestruturadas em ambientes urbanos complexos
dc.typeTese de doutorado
local.contributor.advisor-co1Cristiano Maciel da Silva
local.contributor.advisor-co1Latteshttps://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do
local.contributor.advisor1José Marcos Silva Nogueira
local.contributor.advisor1Latteshttps://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do
local.contributor.referee1Rodolfo da Silva Villaça
local.contributor.referee1Tereza Cristina Melo de Brito Carvalho
local.contributor.referee1Daniel Fernandes Macedo
local.contributor.referee1Martín Goméz Ravetti
local.creator.IDhttps://ufsj.edu.br/dtech/corpo_docente.php
local.creator.Latteshttps://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?metodo=apresentar&id=K4760733E2
local.description.resumoEmergentes aplicações de cidades inteligentes demandam infraestruturas de comunicação veicular que sejam eficientes em custo, escaláveis e adaptáveis às diversas necessidades de serviço em ambientes urbanos complexos e dinâmicos. Este trabalho apresenta a N-Deployment, uma estratégia flexível para a implantação de infraestrutura fixa de redes veiculares (RSUs) que atende a requisitos heterogêneos de serviço. A abordagem proposta identifica configurações mínimas de implantação que maximizam a eficiência de cobertura e suportam múltiplos tipos de serviço sobre uma malha urbana unificada. A N-Deployment integra contribuições de estudos anteriores, incluindo minimização de infraestrutura, otimização geométrica, restrições orçamentárias, continuidade de serviço, técnicas não supervisionadas como agrupamento (clustering) e análise de padrões de mobilidade orientada por inteligência artificial. Formulamos um modelo de otimização multiobjetivo que assegura que uma fração especificada da frota veicular se conecte à infraestrutura dentro de uma janela de tempo pré-definida, percorrendo pelo menos N células cobertas ao longo de suas rotas. Adicionalmente, o modelo permite implantações heterogêneas, entregando serviços diferenciados em distintas regiões urbanas conforme as demandas locais. As metaheurísticas GRASP e NSGA-II são empregadas para lidar com cenários em larga escala. Resultados experimentais utilizando rastros reais de mobilidade de Colônia, Alemanha, demonstram que a N-Deployment supera estratégias tradicionais ao alcançar maior cobertura veicular com menor número de RSUs, ao mesmo tempo em que suporta múltiplos níveis de serviço. Até onde sabemos, esta é a primeira estratégia unificada que aborda simultaneamente a heterogeneidade de serviços, o custo de infraestrutura e a conectividade em tempo real em implantações de redes veiculares.
local.identifier.orcidhttps://orcid.org/0000-0001-8013-6087
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentICX - DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação
local.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::SISTEMAS DE COMPUTACAO::ARQUITETURA DE SISTEMAS DE COMPUTACAO

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