Дослідження обслуговування гетерогенного трафіку у мережах 5G
Автор: Кальницький Іван Вікторович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Телекомунікації та радіотехніка (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Розвиток мереж зв’язку в даний час відбувається в напрямку створення гетерогенних мереж [1]. Починаючи з мереж зв’язку четвертого покоління, стало зрозуміло, що тільки при використанні різноманітних ресурсів різноманітних мережевих технологій можливо надати необхідні послуги користувачам мережі з необхідними характеристиками якості обслуговування. У галузі мереж зв’язку п’ятого покоління, існує багато праць вітчизняних і зарубіжних учених, однак до теперішнього часу практично не приділялася увага спільному використанню технологій БПЛА, SDN та MEC для обслуговування гетерогенного трафіку [2-6]. Складність цієї проблеми визначається істотною новизною архітектурних і системних рішень під час побудови інтегрованих мереж зв’язку, у яких для забезпечення якості обслуговування використовуються різні нові технології, що функціонують до того ж у різних середовищах простору. Таким чином, актуальним є дослідження обслуговування гетерогенного трафіку у мережах зв’язку п’ятого покоління . У першому розділі проведено аналіз можливості інтеграції безпілотних літальних апаратів БПЛА і наземних мереж зв’язку п’ятого і наступних поколінь. Природно, що взаємодія повітряної мережі з наземною мережею в мережах зв’язку п’ятого і наступних поколінь робить ці мережі гнучкішими і надає користувачам послуги з кращою якістю за рахунок інтеграції ресурсів наземної та повітряної мережі. Здійснено аналіз технологій програмно-конфігурованих мереж і можливості їх інтеграції з мережами безпілотних літальних апаратів БПЛА. Проаналізовано рішення з SDN з одним контролером у ядрі мережі та мультиконтролерні SDN. Розглянуто особливості використання SDN у БПЛА. Використання SDN спільно з БПЛА дає великі переваги під час розгортання мережі БПЛА, які можуть як підвищити ефективність мережевої структури БПЛА загалом, так і знизити енергоспоживання БПЛА, а також прискорити розгортання мережі та зменшити її вартість. У другому розділі здійснено дослідження сучасних моделей трафіку для мереж зв’язку п’ятого і наступних поколінь. Представлено комплексну модель трафіку для Інтернету Речей, Тактильного Інтернету та доповненої реальності. Запропонована модель дає змогу оцінити ряд факторів, зокрема якість обслуговування об’єднаного потоку трафіку послуг, затримку при доставці даних та ймовірність втрати пакета. Застосування такої моделі дає можливість оцінити залежність якості обслуговування від властивостей об’єднаних потоків трафіку і залежність властивостей обслуженого потоку від інтенсивності навантаження. У третьому розділі здійснено аналіз можливості та ефективності спільного використання технологій програмно-конфігурованих мереж, граничних обчислень і БПЛА як одиночних, так і груп БПЛА. Розглянуто метод побудови мережі з використанням БПЛА, в якому елементи SDN повністю реалізовано на БПЛА, що відрізняється від відомих тим, що рівень передавання даних реалізовано на групах БПЛА, які об’єднані в кластери та виконують функції комутаторів мережі SDN, а рівень керування реалізовано на окремих прив’язних БПЛА, які виконують функції контролерів мережі SDN. При цьому кожен із контролерів взаємодіє з головним вузлом свого кластера БПЛА, передбачено також взаємодію контролерів між собою. Для розв’язання задачі кластеризації БПЛА використано два поширені методи: k- середніх і FOREL. У четвертому розділі розроблено метод вивантаження трафіку з наземної мережі на БПЛА, у якому вивантаження може бути здійснене як безпосередньо на БПЛА, так і на БПЛА, обладнаний ретранслятором для передавання інформації на граничний та/або хмарний сервер наземної мережі. Представлено алгоритм вивантаження трафіку для запропонованого методу. Визначено значення затримки для вибору розміру групи БПЛА, при якому затримка для вивантаження трафіку з наземної мережі на групу БПЛА буде меншою, ніж у разі використання БПЛА як ретранслятора для граничного/хмарного сервера. Здійснено ряд досліджень, на основі яких показано, що затримка при використанні літаючої мобільної системи для обчислень набагато вища, ніж затримка із граничним хмарним сервером, оскільки його обчислювальна потужність набагато вища, ніж обчислювальна потужність БПЛА-MEC. У п’ятому розділі здійснено економічну оцінку доцільності розробки програмного продукту для сучасних мереж зв’язку. На основі здійснених обчислень доведено економічну доцільність такого проєкту.