Αξιολόγηση επίδοσης και εξαγωγή πολιτικών για ελεγχόμενα από τον πάροχο ευκαιριακά δίκτυα στο μελλοντικό διαδίκτυο

Abstract

Τα τελευταία 30 χρόνια το Διαδίκτυο έχει αλλάξει ριζικά την οικονομία και την κοινωνία μας. Έτσι από ένα ακαδημαϊκό δίκτυο που χρησιμοποιούνταν από μερικούς ανθρώπους στις αρχές του 1980, το Διαδίκτυο έγινε ένα παγκόσμιο ανοικτό δίκτυο για την πληροφόρηση, την επικοινωνία και το εμπόριο. Υπό το πρίσμα της ταχείας εξάπλωσης της τεχνολογίας, ιδιαίτερα των ευρυζωνικών δικτύων και των κινητών επικοινωνιών, το Διαδίκτυο έγινε βασικό κομμάτι της ζωής μας με κάθε τρόπο και αντικατέστησε τα παραδοσιακά κανάλια επικοινωνίας των ανθρώπων σε πολλές δραστηριότητες. Το Διαδίκτυο έγινε η κινητήρια δύναμη της κοινωνίας του 21ου αιώνα. Στο άμεσο μέλλον, το Διαδίκτυο θα πιέσει πιθανώς τα δίκτυα για επιπλέον πόρους. Στα πλαίσια του Μελλοντικού Διαδικτύου, νέες εφαρμογές, υπηρεσίες και περιεχόμενο θα απαιτήσουν ένα πραγματικά πανταχού παρόν δίκτυο, που θα είναι σε θέση να χειρίζεται τον μεγάλο όγκο της κίνησης των δεδομένων που μεταδίδονται από τις συσκευές που συνδέονται σε αυτό. Ταυτόχρονα, οι νέες αυτές εφαρμογές θα πρέπει να μπορούν να προσπελαστούν οποιαδήποτε στιγμή της ημέρας, να ζητηθούν από διαφορετικές τοποθεσίες και περιβάλλοντα και τέλος να εξασφαλίζεται η ποιότητα των παρεχόμενων αυτών υπηρεσιών. Από την άλλη πλευρά, ο αριθμός των ευρυζωνικών χρηστών σε όλο τον κόσμο φαίνεται να μεγαλώνει δραματικά, οδηγώντας στην αύξηση της συνολικής ποσότητας της κατανάλωσης της ενέργειας. Αυτή η όλο και πιο απαιτητική κατάσταση στο χώρο των ασύρματων/κινητών δικτύων ωθεί στην αναζήτηση πιο ευέλικτων προτύπων δικτύωσης που θα προσφέρουν μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα στη χρησιμοποίηση των πόρων και στην παροχή υπηρεσιών υψηλής ποιότητας και την ίδια στιγμή να εμφανίζουν χαμηλότερη ισχύ μετάδοσης και μείωση στην κατανάλωση της ενέργειας, επιτυγχάνοντας έτσι «πράσινους» στόχους. Έχοντας υπόψη όλα τα παραπάνω, η διατριβή αυτή παρουσιάζει μια προσέγγιση για την αντιμετώπιση και την παροχή λύσεων για τα προαναφερθέντα θέματα. Η προτεινόμενη λύση βασίζεται σε δίκτυα που δημιουργούνται δυναμικά, ελέγχονται και συντονίζονται από τον πάροχο, είναι προσωρινές επεκτάσεις της υποδομής και ονομάζονται Ευκαιριακά Δίκτυα (Opportunistic Networks). Τα Ευκαιριακά Δίκτυα ελέγχονται από τους παρόχους μέσω της διάθεσης πολιτικών (policies), π.χ. για την χρήση των πόρων, καθώς και από την πληροφορία του πλαισίου λειτουργίας (context), του προφίλ και της γνώσης, τα οποία αξιοποιούνται για τη δημιουργία και τη συντήρηση τους. Δημιουργούνται δυναμικά σε τοποθεσίες και όταν χρονικά απαιτούνται, για να παρέχουν τις υπηρεσίες στους χρήστες. Επιπλέον, αποτελούνται από διάφορες συσκευές/τερματικά, συνδεδεμένα ενδεχομένως με ad-hoc τρόπο μεταξύ τους, καθώς και με στοιχεία της ίδιας της υποδομής. Λόγω του ιδιαίτερα δυναμικού χαρακτήρα του περιβάλλοντος, συμπεριλαμβανομένων ζητημάτων κίνησης και εφαρμογών, καθώς και την πιθανή πολυπλοκότητα της υποδομής, μια λύση που ενσωματώνει μηχανισμούς αυτοδιαχείρισης και μάθησης κρίνεται απαραίτητη. Από αυτή την άποψη, τα Γνωσιακά Συστήματα Διαχείρισης (Cognitive Management Systems), προσφέροντας δυνατότητες αυτοδιαχείρισης και μάθησης θεωρούνται κατάλληλα για να εξασφαλίσουν μια γρήγορη και αξιόπιστη εγκατάσταση των Ευκαιριακών Δικτύων. Στο πλαίσιο αυτής της διατριβής και προκειμένου να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις για βελτιωμένη αποδοτικότητα στην παροχή πόρων και παροχή υπηρεσιών υψηλής ποιότητας στους χρήστες ανά πάσα στιγμή και οπουδήποτε, μέσω του συνδυασμού των Ευκαιριακών Δικτύων και των Γνωσιακών Συστημάτων Διαχείρισης προτείνεται μια νέα Αρχιτεκτονική Λειτουργιών (Functional Architecture) για τη διαχείριση και τον έλεγχο των δικτύων αυτών. Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, σε αυτή την διατριβή παρουσιάζεται η αξιολόγηση της απόδοσης των Ευκαιριακών Δικτύων ως επέκταση του δικτύου υποδομής σε διάφορα σενάρια. Συγκεκριμένα, γίνεται μελέτη για τις συνθήκες (γιατί, που και πότε) κάτω από τις οποίες μπορούν να δημιουργηθούν τα Ευκαιριακά Δίκτυα ώστε να υπάρχει γενικό όφελος για το σύνολο του δικτύου. Αυτό στην πραγματικότητα γίνεται αναγνωρίζοντας ότι το πρώτο βήμα πριν από τη διαδικασία της δημιουργίας ενός Ευκαιριακού Δικτύου είναι ο προσδιορισμός της καταλληλότητας. Η έρευνα βασίζεται κυρίως σε εκτεταμένες προσομοιώσεις του δικτύου, με σκοπό να καλύψει ένα μεγάλο φάσμα των περιπτώσεων, προκειμένου να αυξηθεί η εγκυρότητα των τελικών εξαγόμενων συμπερασμάτων και συστάσεων. Τέλος, παρουσιάζεται η διαδικασία της κατάλληλης εκμετάλλευσης των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης, για την εξαγωγή των πολιτικών που θα χρησιμοποιηθούν από τον πάροχο της ασύρματης υποδομής για να ελέγξει την απόφαση για την δημιουργία των Ευκαιριακών Δικτύων, την ώρα της λειτουργίας ή και εκ των προτέρων.