شماره ركورد
34806
پديد آورنده
حسام الفريجى
عنوان
بهينهسازي عملكرد شبكه تلفن همراه بر اساس الگوهاي ترافيك و تحرك كاربر در زمان واقعي
مقطع تحصيلي
ارشد
رشته تحصيلي
شبكه هاي كامبيوترى
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/12/5
استاد راهنما
ابو الفضل ديانت
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
مهندسى كامبيوتر
چكيده
چكيده
ظهور شبكههاي بيسيم نسل ششم (6G) مستلزم يك تغيير پارادايم بنيادين از مديريت واكنشي و سختافزارمحور شبكه به سمت اركستراسيون پيشنگر، هوشمند و مبتني بر هوش مصنوعي است. اين رساله به چالشهاي اساسي مديريت تحرك و تخصيص منابع در شبكههاي فوقمتراكم (UDNs) ميپردازد؛ جايي كه نوسانات سريع در شرايط كانال، رفتار كاربران و تقاضاي ترافيك، كارايي روشهاي بهينهسازي ايستاي متداول را به طور فزايندهاي كاهش ميدهد.
در اين راستا، يك چارچوب نوين هوش مصنوعي تركيبي (Hybrid AI) پيشنهاد شده است كه شبكههاي حافظه بلندمدت-كوتاهمدت (LSTM) را براي پيشبيني ريزتحرك (Micro-Mobility) كاربران با شبكههاي عصبي گراف (GNN) به منظور استخراج وابستگيهاي مكاني ترافيك در سطح كلان در سراسر توپولوژي شبكه يكپارچه ميكند.
خروجيهاي پيشبينيشده معماري LSTM-GNN توسط يك عامل يادگيري تقويتي عميق (DRL) مورد بهرهبرداري قرار ميگيرد كه به صورت خودكار و بلادرنگ، تصميمات تخصيص منابع و تحويل اتصال (Handover) را بر اساس وضعيتهاي پيشبينيشده شبكه اتخاذ ميكند. با گذار از كنترل واكنشي به كنترل پيشبينانه، چارچوب پيشنهادي امكان بهينهسازي پيشدستانه منابع راديويي را فراهم ساخته و به طور قابل توجهي نرخ شكست تحويل اتصال، افزايش ناگهاني تأخير و بهرهبرداري ناكارآمد از منابع را در محيطهاي بسيار پويا كاهش ميدهد.
به منظور رفع نگرانيهاي مربوط به حريم خصوصي و مقياسپذيري، اين چارچوب از يك معماري يادگيري فدرال سلسلهمراتبي (HFL) بهره ميبرد كه امكان آموزش توزيعشده مدلها در لبه شبكه را فراهم ميسازد، در حالي كه تبادل دادههاي خام كاربران به حداقل ميرسد.
فراتر از طراحي الگوريتمي، اين پژوهش يك ديدگاه يكپارچه بهينهسازي ارائه ميدهد كه در آن پيشبيني تحرك، پيشبيني ترافيك و مديريت منابع راديويي در قالب يك زنجيره تصميمگيري واحد و منسجم ادغام شدهاند. برخلاف رويكردهاي پيشين كه اين مؤلفهها را به صورت مجزا بررسي ميكنند، چارچوب پيشنهادي به طور مستقيم مسيرهاي پيشبينيشده كاربران و الگوهاي مكاني ترافيك را به سازوكارهاي فعالسازي تحويل اتصال و راهبردهاي برشبندي منابع پيوند ميدهد. اين يكپارچگي بهويژه در سناريوهاي شهري متراكم و محيطهاي با تحرك بالا اهميت حياتي دارد؛ جايي كه پيوندهاي موج ميليمتري و استقرار سلولهاي كوچك، نوسانات كيفيت سيگنال و بار شبكه را تشديد ميكنند.
اعتبارسنجي تجربي جامع اين چارچوب در يك محيط شبيهسازي با دقت بالا براي شبكه 5G، كه نمايانگر شرايط استقرار اوليه 6G است، انجام شده است. نتايج نشان ميدهد كه چارچوب «پيشبيني و بهينهسازي» پيشنهادي به طور قابل توجهي عملكرد بهتري نسبت به روشهاي قاعدهمحور سنتي و رويكردهاي يادگيري ماشين مستقل دارد. به طور مشخص، سيستم به نرخ موفقيت تحويل اتصال 95.4٪ دست يافته، تأخير انتها به انتها را به ميزان 42.2٪ كاهش داده و بهرهوري استفاده از منابع را 36.7٪ بهبود بخشيده است.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/24
عنوان به انگليسي
Optimization of Mobile Network Performance Based on Real-Time User Mobility and Traffic Patterns
تاريخ بهره برداري
2/25/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
حسام الفريجي
چكيده به لاتين
Abstract
The emergence of 6G wireless networks necessitates a fundamental paradigm shift from reactive, hardware-centric network management toward proactive, intelligent, and AI-native orchestration. This dissertation addresses the critical challenges of mobility management and resource allocation in Ultra- Dense Networks (UDNs), where rapid fluctuations in channel conditions, user behavior, and traffic demand render conventional static optimization techniques increasingly ineffective. To this end, a novel Hybrid Artificial Intelligence (AI) framework is proposed, which integrates Long Short-Term Memory (LSTM) networks for fine-grained micro-mobility prediction with Graph Neural Networks (GNNs) for capturing macro-level spatial traffic dependencies across the network topology.
The predictive outputs of the LSTM-GNN architecture are leveraged by a Deep Reinforcement Learning (DRL) agent that autonomously performs real-time resource allocation and handover decisions based on anticipated network states. By transitioning from reactive to predictive control, the proposed framework enables proactive optimization of radio resources, significantly mitigating handover failures, latency spikes, and resource underutilization in highly dynamic environments. To further address privacy and scalability concerns, the framework incorporates a Hierarchical Federated Learning (HFL) architecture, enabling distributed model training at the network edge while minimizing the exchange of raw user data. Beyond algorithmic design, this research establishes a unified optimization perspective in which mobility prediction, traffic forecasting, and radio resource management are tightly coupled within a single decision-making pipeline. Unlike prior approaches that treat these components in isolation, the proposed framework directly links predicted user trajectories and spatial traffic patterns to handover triggering mechanisms and resource slicing strategies. This integration is particularly critical in dense urban scenarios and high-mobility environments, where millimeter-wave links and small-cell deployments exacerbate the
volatility of signal quality and network load.
Comprehensive experimental validation is conducted using a high-fidelity 5G simulation environment representative of early 6G deployment conditions. The results demonstrate that the proposed predict-and- optimize framework substantially outperforms traditional rule-based schemes and standalone machine learning approaches. Specifically, the system achieves a handover success rate of 95.4%, reduces end-to- end latency by 42.2%, and improves resource utilization efficiency by 36.7%.
Keywords: 6G Networks, Deep Reinforcement Learning, Graph Neural Networks, Federated Learning, Mobility Prediction, Ultra-Dense Networks.
كليدواژه هاي فارسي
شبكههاي 6G , يادگيري تقويتي عميق , شبكههاي عصبي گراف , ، يادگيري فدرال , پيشبيني تحرك , شبكههاي فوقمتراكم
كليدواژه هاي لاتين
6G Networks , Deep Reinforcement Learning , Graph Neural Networks , Federated Learning , Mobility Prediction , Ultra-Dense Networks
Author
Husam AL-Furaiji
SuperVisor
Abolfazl Diyanat