Дослідження моделей розгортання мереж 5G для розвитку промислових цифрових інфраструктур
Автор: Круцько Тарас-Микола Романович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Інформаційні мережі зв'язку
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Розгортання приватних 5G мереж у промисловості визнається актуальним завданням, оскільки воно відповідає вимогам сучасної промислової реальності. З великим обсягом даних від різноманітних інтелектуальних пристроїв та додатків, мережі можуть стикатися з перевантаженням, особливо в мережі радіодоступу. Прогнозується, що ці труднощі можуть впливати на ефективність та якість обслуговування (QoS). Для вирішення цих проблем важливим є удосконалення схеми планування трафіку даних в мережах 5G, особливо в умовах розгортання приватних промислових інфраструктур з використанням технології мережевого слайсингу. Такий підхід дозволяє оптимізувати використання ресурсів та забезпечити надійність мережі в умовах високого обсягу трафіку та різноманітних вимог до обслуговування. У першому розділі проведено докладний аналіз еволюції мобільних мереж від першого покоління (1G) до останнього стандарту 5G. Початкові покоління відрізнялись використанням аналогового голосу, в той час як наступні покоління перейшли до цифрових технологій, що призвело до підвищення швидкості передачі даних та розширення функціональних можливостей. Зміни в архітектурі мереж також прогресували: від 2G та 3G, які надавали голосові та текстові послуги, до 4G, яке впроваджує широкосмуговий Інтернет, та найновішого 5G з використанням міліметрових хвиль, масивних антен, та технологій віртуалізації та хмарних рішень для ефективного управління ресурсами та забезпечення високої продуктивності мережі. Розвиток мобільних мереж у напрямку 5G визначається як критичний етап у розвитку бездротових технологій, що відкриває нові перспективи. У другому розділі пропонується концептуальна модель та архітектура для впровадження мереж 5G у промисловий сектор будівництва. Ця модель визначає ключові елементи стратегії впровадження, включаючи джерела інформації, які подають дані для мережі, основні характеристики мережі 5G, методи обробки даних, сервісні додатки для будівельної галузі та систему управління мережею. Мета цієї моделі полягає в підвищенні рівня автоматизації та цифровізації в будівельному секторі, забезпечуючи оптимальне використання можливостей мереж 5G для підтримки різноманітних будівельних процесів та підвищення продуктивності. У третьому розділі досліджено важливість технології 5G для сучасних підприємств, які характеризуються зростанням розподіленості та автономії, що породжує нові вимоги до мережевих з’єднань. З урахуванням цих тенденцій, технологія 5G стає ключовим рішенням для надання великої пропускної здатності, низької затримки, широкого спектру та високої надійності новим додаткам. Особливу увагу приділено впровадженню приватних мереж 5G, або 5G Non-Public Networks (5G-NPN), які є автономними мережами 5G, призначеними для конкретних підприємств чи сценаріїв використання. Обговорено ключові цілі та вимоги до проєктування приватних мереж 5G, висвітлені різні сценарії їх розгортання, а також розглянуті аспекти спектру та безпеки. Наведено кілька прикладів успішного використання цих мереж у підприємницькому середовищі, щоб продемонструвати їхню спроможність задовольняти вимоги та надавати послуги, які активно використовуються в різних галузях. У четвертому розділі запропоновано метод до планування ресурсів у 5G для промислових інфраструктур, використовуючи технологію мережевої нарізки. Вивчено режими DSR (динамічний) і SSR (статичний) для розподілу ресурсів 5G C-RAN між типами слайсів. Моделювання системи охоплює дослідження впливу на пропускну здатність, граничну та середню затримки. Результати вказують на переваги режиму DSR у пропускній здатності та затримці. Теоретична гранична затримка дозволяє встановити обмежені граничні затримки для фрагментів трафіку 5G C-RAN. Режим DSR покращує середні затримки та використання системи, оптимально використовуючи ресурси для передачі пакетів. Експериментальне моделювання підтверджує ефективність схеми DSR, що дозволяє вибирати параметри черг та вагу пропускної здатності для оптимізації QoS. Узагальнюючи, схема DSR виявляється кращою за SSR у забезпеченні затримки та пропускної здатності, дозволяючи налаштовувати параметри черг та ваги пропускної здатності для оптимізації якості обслуговування. У п’ятому розділі проведено техніко економічне обґрунтування застосування 5G технологій для розвитку промислової цифррової інфраструктури. Об’єктом дослідження є процес обслуговування навантаження із розумних систем в умовах застосування хмарних та туманних обчислень. Предметом дослідження є взаємодія технологій хмарних та туманних обчислень для систем Інтернету речей, зокрема їх вплив на якість надання різноманітних послуг. Метою роботи є дослідження впливу технологій хмарних та туманних обчислень на якість надання послуг в системах Інтернету речей (IoT) в розумних системах в умовах використання гібридного методу вибору обчислювальної інфраструктури.