Energy-aware approaches to resource allocation in open radio access networks

dc.contributor.advisor-co1Pinto, Leizer de Lima
dc.contributor.advisor-co1Latteshttps://lattes.cnpq.br/0611031507120144
dc.contributor.advisor1Cardoso, Kleber Vieira
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0268732896111424
dc.contributor.referee1Cardoso, Kleber Vieira
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0268732896111424
dc.contributor.referee2Klautau Júnior, Aldebaro Barreto da Rocha
dc.contributor.referee2Latteshttps://lattes.cnpq.br/1596629769697284
dc.contributor.referee3Longo, Humberto José
dc.contributor.referee3Latteshttps://lattes.cnpq.br/0188685041571480
dc.creatorPires Junior, William Teixeira
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/7539274360511964
dc.date.accessioned2026-04-08T18:38:01Z
dc.date.available2026-04-08T18:38:01Z
dc.date.issued2026-02-09
dc.description.abstractThe evolution of mobile communication networks toward 5G and beyond seeks to meet the demands for high throughput, low latency, and energy efficiency. Open Radio Access Networks (O-RAN), with their disaggregated and virtualized architecture, provide flexibility and interoperability but also pose significant challenges in terms of energy consumption. This work addresses energy-aware resource allocation in O-RAN, focusing on Virtualized Network Function (VNF) placement and user equipment association. We propose a Mixed Integer Linear Programming model that jointly considers radio equipment, transport network, and VNF migration energy costs while supporting flexible functional split options and routing decisions, complemented by a heuristic for scalability. Using synthetic load and topology generators, we evaluate diverse scenarios and show that hierarchical topologies achieve up to 15% more centralization and reduce energy consumption by about 28% compared to current widely adopted topologies. Additionally, joint optimization of VNF placement and user equipment association enables significant energy savings by disabling entire base stations during moments of low load. A disjoint approach to the problem is able to solve larger instances of the problem and achieves solutions close to optimal while surpassing a maximum-Signal to Noise Ratio (SNR) solution. Despite the optimal solutions being unable to meet the stringent response time required in practical deployments, they present a robust baseline for the evaluation of both the network and non-optimal approaches to the problem.eng
dc.description.resumoAbordagens Sensíveis à energia para alocação de recursos em redes de acesso por rádio abertas A evolução das redes de comunicação móvel rumo ao 5G e além busca atender às demandas por alta vazão de dados, baixa latência e eficiência energética. As Redes Abertas de Acesso por Rádio (O-RAN), com sua arquitetura desagregada e virtualizada, oferecem flexibilidade e interoperabilidade, mas também impõem desafios significativos em termos de consumo de energia. Este trabalho aborda a alocação de recursos com consciência energética em O-RAN, com foco no posicionamento de Funções de Rede Virtualizadas (VNF) e na associação de equipamentos de usuário. Propomos um modelo de Programação Linear Inteira Mista que considera conjuntamente os custos energéticos dos equipamentos de rádio, rede de transporte e migração de VNFs, ao mesmo tempo em que suporta opções flexíveis de divisão funcional da pilha de protocolos da RAN e decisões de roteamento, complementado por uma heurística para escalabilidade. Utilizando geradores sintéticos de carga e topologia, avaliamos cenários variados e mostramos que topologias hierárquicas alcançam até 15% mais centralização e reduzem o consumo de energia em cerca de 28% em comparação com topologias amplamente adotadas atualmente. Além disso, a otimização conjunta do posicionamento de VNFs e da associação de equipamentos de usuário possibilita uma melhoria significativa da eficiência energética ao desativar completamente estações base em momentos de baixa carga. Uma abordagem disjunta para o problema é capaz de resolver instâncias maiores e alcançar soluções próximas ao ótimo, superando aquelas baseadas apenas na associação com máxima Relação Sinal- Ruído (SNR). Apesar das soluções ótimas não atenderem o tempo de resposta exigido em implantações práticas, elas oferecem um resultado de referência robusto para a avaliação da rede e de abordagens não ótimas para o problema.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
dc.identifier.citationPIRES JUNIOR, W. T. Energy-aware approaches to resource allocation in open radio access networks. 2026. 78 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Instituto de Informática, Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2026.
dc.identifier.urihttps://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/15212
dc.languageeng
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáspor
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentInstituto de Informática - INF (RMG)
dc.publisher.initialsUFGpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Ciência da Computação (INF)
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectRede móvelpor
dc.subjectRede de acesso por rádiopor
dc.subjectEficiência energéticapor
dc.subjectOrquestração de recursospor
dc.subjectProgramação matemáticapor
dc.subjectMobile networkeng
dc.subjectRadio access networkeng
dc.subjectEnergy efficiencyeng
dc.subjectResource orchestrationeng
dc.subjectMathematical programmingeng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
dc.titleEnergy-aware approaches to resource allocation in open radio access networks
dc.title.alternativeAbordagens Sensíveis à energia para alocação de recursos em redes de acesso por rádio abertaspor
dc.typeDissertação

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