| Resumo: | Esta tese tem como objetivo fornecer afirmações conclusivas em relação a utilização eficiente de recursos para redes e aplicações de 5G (5a geração) com recurso a teoria dos jogos. Neste contexto, investigamos dois cenários principais, um relativo a comunicações móveis e um outro relativo a redes inteligentes. Uma métrica importante para o desenho das redes móveis emergentes é a eficiência energética, com particular ênfase no lado do dispositivo móvel, onde as tecnologias das baterias são ainda limitadas. Alguns trabalhos de investigação relacionados têm demonstrado que a cooperação pode ser um paradigma útil no sentido de resolver o problema do défice energético. Contudo, pretendemos ir mais além, ao definir a cooperação e os utilizadores móveis como um grupo de jogadores racionais, que podem atuar sobre estratégias e utilidades, por forma a escolher a retransmissão mais apropriada para poupança de energia. Esta interpretação presta-se à aplicação da teoria dos jogos, e recorremos assim aos jogos coalicionais para solucionar conflitos de interesse entre dispositivos cooperantes, empregando Programação Linear (LP) para resolver o problema da selecção da retransmissão e derivar a principal solução do jogo. Os resultados mostram que a escolha do jogo de retransmissão coalicional proposto pode potencialmente duplicar a duração da bateria, numa era em que a próxima geração de dispositivos móveis necessitará de cada vez mais energia para suportar serviços e aplicações cada vez mais sofisticados. O segundo cenário investiga a resposta da procura em aplicações smart grid, que está a ganhar interesse sob a égide do 5G e que é considerada uma abordagem promissora, incentivando os utilizadores a consumir electricidade de forma mais uniforme em horas de vazio. Recorremos novamente à teoria dos jogos, imaginando as interacções estratégicas entre a empresa fornecedora de energia eléctrica e os potenciais utilizadores finais como um jogo de forma extensiva. São abordados dois programas em tempo real de resposta à procura: Day-Ahead Pricing (DAP) e Convex Pricing Tariffs. A resposta dos consumidores residenciais conscientes dos preços destas tarifas, é formulada como um problema de Mixed Integer Linear Programming (MILP) ou Quadratic Programming (QP), nos quais as soluções potenciais são o agendamento dos seus electrodomésticos inteligentes de modo a minimizar os seus gastos diários de electricidade, satisfazendo as suas necessidades diárias de energia e níveis de conforto. Os resultados demonstram que implementar o programa DAP pode reduzir a razão Peak-to-Average (PAR) at e 71% e as faturas de consumo das casas inteligentes at e 32%. Para além disso, a aplicação de tarifas convexas em tempo real pode melhorar ainda mais estas métricas de desempenho, alcançando uma redução de 80% do PAR e uma economia de mais de 50% na faturação da energia residencial.
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