Модифікація мереж зв’язку п’ятого покоління 5G для реалізації концепції тактильного інтернету
Автор: Незвищук Олег Ігорович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Радіоелектронні пристрої, системи та комплекси
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Незвищук О., Кузик А. О. (керівник). Модифікація мереж зв’язку п’ятого покоління 5g для реалізації концепції тактильного інтернету. Магістерська робота. - Національний університет "Львівська політехніка", Львів, 2020. Розширений реферат У першому розділі дається вступ в концепцію тактильний Інтернет, її застосування, аналізуються існуючі науково-дослідні роботи в даній області, завдання та ключові рішення. Тактильний Інтернет - це одна з основних технологій, що визначають необхідність створення мереж зв’язку п’ятого покоління (5G / IMT2020), що стандартизується в даний час 3GPP і МСЕ. Він являє собою ще одну еволюцію Інтернету, яка дозволяє передавати тактильні відчуття в режимі реального часу так само, як раніше це було з передачею мови і відео. Очікується, що Тактильний Інтернет зробить революцію в галузі зв’язку, оскільки він надає принциповий вплив на життєдіяльність людини і суспільства, особливо з урахуванням стрімкого розвитку робототехніки. Це нова ера спілкування, яка забезпечує взаємодію між людиною і машиною в режимі реального часу. У другому розділі запропонована мультирівнева мережа з використанням мобільних граничних обчислень для тактильного Інтернету і мереж зв’язку п’ятого покоління. Запропонована мережа включає в себе 4 рівні хмарних обчислень і гетерогенні можливості для цих рівнів. Розробка мереж і систем зв’язку п’ятого покоління 5G стикається з багатьма новими проблемами, в тому числі з надвисокою щільністю мереж і ультрамалих затримок. Одними з найбільш відомих нових технологій телекомунікацій, які можуть дозволити вирішити ці проблеми є мобільні граничні обчислення MEC (Mobile Edge Computing) і взаємодії пристрій-пристрій D2D (Device-to-Device communications). Одним з найважливіших факторів, що впливають на значення затримки, є число мережевих вузлів, що беруть участь в процесі забезпечення взаємодії між користувачами. Тому, зменшення цього числа може дозволити зменшити затримку з кінця в кінець і виконати вимоги за величиною затримки в 1 мс для тактильного Інтернету. Звідси випливає, що число вузлів, що беруть участь в процесі забезпечення взаємодії між користувачами повинно бути, як можна менше і вони повинні бути розташовані якомога ближче до призначеного для користувача устаткування. Використання мобільних граничних обчислень для мереж 5G і надання послуг тактильного Інтернету є ключовим рішенням для зменшення затримки з кінця в кінець і забезпечує, крім того, вивантаження трафіку з мережі. Третій розділ присвячений розробці ядра мережі на основі технології SDN для тактильного Інтернету і мереж 5G. Запропоновано алгоритм оптимізації, заснований на рої сальп, для побудови мережі SDN, що дозволяє досягти необхідних значень для затримки і зменшення витрат на побудову мережі. Програмно-конфігуровані мережі SDN (Software Defined Networking) - досить нова технологія телекомунікацій, яка з появою концепції мереж зв’язку п’ятого покоління придбала для них життєво важливе значення для вирішення проблем управління трафіком і зниження затримки в мережах. Запропонована в роботі архітектура мережі для виконання вимог тактильного Інтернету по кругових затримок з кінця в кінець. Мережа надання послуг тактильного Інтернету від краю до краю включає в себе користувальницькі пристрої, мережі радіодоступу RAN (базові станції eNBs), хмари, комутатори доступу, комутатори OpenFlow, проміжні пристрої (Middlebox) і, нарешті, SDN контролер. Кожна базова станція eNB приєднана до мережі через комутатор доступу, який забезпечує класифікацію пакетів від призначених для користувача пристроїв. Ці комутатори реалізуються програмно і відомі як Open Switch. У четвертому розділі запропоновані в магістерській роботі системи моделюються в середовищі. Змодельована мультирівнева система граничних обчислень MEC і отримані оцінки її характеристик для тактильного Інтернету. Далі було виконано моделювання алгоритму вивантаження трафіку, запропонованого для мультирівневої граничної системи для мереж зв’язку п’ятого покоління 5G. Програмно конфігурується SDN ядро мережі було розроблено в магістерській роботі для мереж зв’язку п’ятого покоління і тактильного Інтернету. Це рішення також промоделювати в цьому розділі і отримані відповідні характеристики. Різні варіанти систем і сценарії функціонування порівнюються за результатами моделювання. Результати моделювання запропонованих в попередніх розділах систем і алгоритмів наведені в цій главі. Найбільш адекватні умови моделювання були обрані для оцінювання характеристик систем і алгоритмів і різні сценарії були розглянуті для кожної підсистеми і алгоритму. Об’єкт дослідження. мережі зв’язку п’ятого покоління 5G. Предмет дослідження. реалізація вимог тактильного Інтернету в мережах 5G. Сфера досліджень – мережі зв’язку п’ятого покоління 5G з використанням мобільних граничних обчислень і багаторівневої хмарної системи. Мета роботи: Метою магістерської роботи є дослідження і розробка методів побудови мереж зв’язку п’ятого покоління 5G, що забезпечують виконання вимог концепції тактильного Інтернету. Ключові слова: тактильний Інтернет, 5G, SDN, мобільна мережа, Інтернет речей. Список літератури 1. Атея А.А., Энергоэффективная граничная облачная система для 5G/Филимонова М.И.; Атея А.А.; Мутханна А.С.А.; Киричек Р.В. // Информационные технологии и телекоммуникации. 2017. Т. 5. № 4. С. 78-84. 2. Атея, А.А. 5G Граничные Вычисления На Базе D2D Коммуникации/Атея, А.А.; Мутханна, А.С.; Филимонова, М.И. // В сборнике: Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО 2018) VII Международная научно-техническая и научно-методическая конференция. Сборник научных статей. В 4-х томах. Под редакцией С.В. Бачевского. 2018. С. 66-70. 3. Aijaz, A. Realizing the Tactile Internet: Haptic Communications over Next Generation 5G Cellular Networks/Aijaz, A.; Dohler, M.; Aghvami, A. H.; Friderikos, V.; and Frodigh, M. // IEEE Wireless Comm., 24(2), pp.82-89, 2017. 4. Aijaz, A. Shaping 5G for the Tactile Internet/Aijaz, A.; Simsek, M.; Dohler M. and Fettweis, G. 5G Mobile Communications, Springer International Publishing, pp.677-691, 2017?