Towards a robust b5g/6g transport network with self-adaptive network digital twin

dc.contributor.advisor1KLAUTAU JÚNIOR, Aldebaro Barreto da Rocha
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1596629769697284
dc.contributor.advisor1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0001-7773-2080
dc.contributor.memberGONÇALVES, Glauco Estácio
dc.contributor.memberCASTRO, Bruno Souza Lyra
dc.contributor.memberBOTH, Cristiano Bonato
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6157118581200722
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1897829604434609
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2658002010026792
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0003-1341-5339
dc.contributor.member1ORCID******
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0002-9776-4888
dc.creatorBARATA, Claudio Matheus Modesto
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/7680127683380645
dc.creator.ORCIDhttps://orcid.org/0009-0005-5184-8030
dc.date.accessioned2026-02-03T14:54:33Z
dc.date.available2026-02-03T14:54:33Z
dc.date.issued2026-07-04
dc.description.abstractThe ability of the Network Digital Twin (NDT) to remain aware of changes in its physical counterpart, known as the Physical Twin (PTwin), is a fundamental condition to enable timely adaptation and synchronization, also referred to as twinning. In this way, considering a trans-port network, a key requirement is to handle unexpected traffic variability and dynamically adapt to maintain optimal performance in the associated virtual model, known as the Virtual Twin (VTwin). In this context, we propose a robust and self-adaptive implementation of a novel NDT arhitecture designed to provide accurate delay prediction for network flows, even under fluctuating traffic conditions. This architecture addresses an essential challenge, under-explored in the literature: improving the resilience of data-driven NDT platforms against traffic variability and improving synchronization between the VTwin, based on neural networks, and its physical counterpart. Therefore, the contributions of this dissertation rely on a relatively underexplored stage of the NDT lifecycle by focusing on the operational phase, where teleme-try modules are used to monitor incoming traffic and concept drift detection techniques guide retraining decisions aimed at updating and redeploying the VTwin when necessary. We vali-date our architecture across various emulated network topologies and diverse traffic patterns to demonstrate its effectiveness in preserving acceptable performance and predicting total per-flow delay under unexpected traffic variation, useful for maintaining reliable performance in appli-cations such as service-level agreement monitoring considered as a use case in this work. The results in all tested topologies, using the normalized mean square error as the evaluation metric, demonstrate that our proposed architecture, after a traffic concept drift, achieves a performance improvement in prediction of at least 56.7% compared to a configuration without digital twin synchronization.
dc.description.resumoA capacidade de um gemeo digital para redes (NDT) de se manter ciente das mudanças em seu equivalente físico, conhecido como gemeo físico (PTwin), e uma condição fundamental para viabilizar a adaptação e a sincronização em tempo hábil, também chamadas de twinning. Dessa forma, considerando uma rede de transporte, um requisito chave e lidar com a variabilidade inesperada do trafego e se adaptar dinamicamente para manter um desempenho ideal no modelo virtual associado, conhecido como gemeo virtual (VTwin). Nesse contexto, esta dissertação propoem uma implementação robusta e auto-adaptativa de uma nova arquitetura de gemeos digitais para redes, projetada para fornecer predição precisa de atraso dos fluxos de rede, mesmo sob condições de tráfego flutuantes. Essa arquitetura aborda um desafio essencial, ainda pouco explorado na literatura: melhorar a resiliencia de plataformas de gêmeos digitais baseadas em dados frente a variabilidade do tráfego, além de aprimorar a sincronização entre o VTwin, baseado em redes neurais, e seu equivalente físico. Portanto, as contribuições desta dissertação se concentram em uma etapa relativamente pouco explorada do ciclo de vida do NDT, ao focar na fase operacional, na qual modulos de telemetria são utilizados para monitorar o trafego de entrada, e técnicas de detecção de desvio de conceito que orientam as decisões de re-treinamento, com o objetivo de atualizar e reimplantar o gêmeo virtual quando necessário. A arquitetura proposta foi avaliada em diversas topologias de rede emuladas e sob diferentes padrões de tráfego, a fim de demonstrar sua eficácia na preservação de um desempenho aceitavel e na predição do atraso total por fluxo, mesmo sob variações inesperadas de tráfego, aspecto essencial para manter um desempenho confiavel em aplicações como o monitoramento de service-level agreement considerado como caso de uso neste trabalho. Os resultados obtidos em todas as topologias testadas, utilizando o erro quadratico médio normalizado como métrica de avaliação, demonstram que com a arquitetura proposta, após a ocorrência de um desvio de conceito no trafego, e alcançada uma melhoria de desempenho na predição de pelo menos 56, 7% em comparação com uma configuração sem sincronização do gêmeo digital.
dc.identifier.citationBARATA, Claudio Matheus Modesto.Towards a robust b5g/6g transport network with self-adaptive network digital twin. Orientador: Aldebaro Barreto da Rocha Klautau Júnior. 2025. 82 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/handle/2011/17928. Acesso em:.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/17928
dc.languageporpt_BR
dc.language.isoen
dc.publisherUniversidade Federal do Parápt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentInstituto de Tecnologiapt_BR
dc.publisher.initialsUFPApt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétricapt_BR
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.source.uriDisponível via correio eletrônico: Bibliotecaitec@ufpa.br
dc.subjectDesvio de conceito
dc.subjectGerenciamento de ciclo de vida
dc.subjectRedes grafos neu- rais
dc.subjectTwinning
dc.subjectConcept drift
dc.subjectGraph Neural Network (GNN)
dc.subjectLifecycle Management (LCM)
dc.subjectTwinning
dc.subject.areadeconcentracaoTELECOMUNICAÇÕES
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES
dc.subject.linhadepesquisaPROCESSAMENTO DE SINAIS
dc.titleTowards a robust b5g/6g transport network with self-adaptive network digital twin
dc.typeDissertação

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