M.Sc.  Kai Zhao väittelee 6.11.2015 klo 12 Helsingin yliopiston Chemicum-rakennuksen auditoriossa A129 (A.I. Virtasen aukio 1) aiheesta "Understanding Urban Human Mobility for Network Applications".  Tutkimus kuuluu tietojenkäsittelytieteen alaan. Vastaväittäjänä toimii professori Vassilis Kostakos (Oulun yliopisto) ja kustoksena professori Sasu Tarkoma (Helsingin yliopisto). Väitöstilaisuus pidetään englanniksi.

Urbaanin liikkuvuuden mallintaminen ja hyödyntäminen verkkosovelluksissa

Ihmisen liikkumisen ymmärtäminen on erittäin tärkeää monille mobiiliverkkojen sovelluksille. Tämä väitöskirja käsittelee mobiilikäyttäjien liikkuvuuden mallintamista ja sen soveltamista viiveitä sietävään tiedonvälitykseen urbaanissa ympäristössä.

Aloitamme mallintamalla mobiilikäyttäjien liikkuvuutta ottaen huomioon kulkumuodon. Tutkimuksemme perustuu kahteen laajaan GPS-data-aineistoon. Käytetyissä data-aineisto koostuu 10 ja 20 miljoonan havaintopisteen kulkuvälineet sisältävistä GPS-tiedoista. Aikaisemmat tutkimukset ovat ehdottaneet, että liikkuvuusmalleilla on samankaltaisia tilastollisia ominaisuuksia kuin Lévy-kävelyillä. Tutkimuksemme selittää Lévy-kävelyiden käyttäytymisen jakamalla ne erilaisiin kulkumuotoihin, kuten kävely/juoksu, polkupyöräily, juna/metro tai auto/taksi/bussi. Näytämme, että ihmisten liikkuvuus voidaan mallintaa eri kulkumuotojen yhdistelminä ja että yksittäiset liikkuvuusmallit voidaan arvioida logaritmisella normaalijakaumalla paremmin kuin potenssilakia noudattavalla jakaumalla. Lisäksi osoitamme, että yhdistelmä kävelyjen lavennetusta logaritmisesta normaalijakaumasta eri kulkumuotojen kanssa on potenssilakia noudattava jakauma, joka selittää ihmisten liikkuvuusmalleja luonnehtivien Lévy-kävelymallien esiintymisen.

Toiseksi osoitamme, että urbaanin ihmisen liikkuvuuteen kuuluu vahvoja aikaan ja paikkaan liittyviä malleja. Johdamme näistä ihmisten liikkuvuusmalleista optimaalisen reititysalgoritmin, joka minimoi tarvittavien hyppyjen määrän ja maksimoi tarvittavien solmujen määrän viiveitä sietävissä verkoissa. Esitämme ratkaisuksi arkkitehtuurikehyksen nimeltä Ameba, joka takaa oikea-aikaisen viestien välityksen viiveitä sietävissä verkoissa. Simulointitulosten perusteella Ameba saavuttaa tulvitukseen perustuvien algoritmien kanssa vertailukelpoisen viestien kuljetussuhteen, mutta pienemmällä resurssikustannuksella.

Kolmanneksi päättelemme maantieteellisten osa-alueiden funktiot analysoimalla kolmen kaupungin urbaaneja liikkumismalleja. Analyysi perustuu kolmeen laajaan taksien GPS-paikkatiedosta. GPS-data on kerätty Roomassa, San Franciscossa, ja Pekingissä ja koostuu 21, 11, ja 17 miljoonasta havaintopisteestä. Luokittelemme kaupunkien alueet neljään luokkaan: työpaikat, viihde-, asuin-, ja muut paikat. Näytämme, että näiden luokkien tunnistamista voidaan käyttää parantamaan viiveitä sietävien verkkojen sovellusten tehokkuutta.

Kaikki tässä väitöskirjassa käsitellyt mobiilikäyttäjien liikkuvuuden mallintamisen aihepiirit edesauttavat urbaanien ympäristöjen verkkojen sovellusten suunnittelua ja toteutusta.

Väitöskirjan saatavuus

Väitöskirjan elektroninen versio on saatavilla Helsingin yliopiston e-thesis-palvelussa osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1693-2.

Painettuja väitöskirjoja voi tiedustella väittelijältä itseltään: puh. 02941 51372 tai kai.zhao@cs.helsinki.fi.