Γνωσιακά συστήματα διαχείρισης για δυναμικά δίκτυα πρόσβασης πέραν της 4ης γενιάς

Abstract

Το όραμα ενός ασύρματου κόσμου πέραν της 4ης γενιάς, το οποίο θα περιλαμβάνει γνωσιακές δυνατότητες και τεχνολογίες έρχεται ολοένα πιο κοντά στην πραγματικότητα, καθώς η κίνηση δεδομένων μέσω ασύρματων δικτύων αυξάνεται σταδιακά και νέες τεχνικές για έξυπνη διαχείριση και αυτονομία των δικτύων κρίνονται απαραίτητες για τον ομαλό και αποτελεσματικό χειρισμό της ολοένα αυξανόμενης ζήτησης σε ετερογενή δίκτυα νέας γενιάς. Η παροδική, ευκαιριακή εκμετάλλευση πόρων του ράδιο-περιβάλλοντος μέσω ευκαιριακών δικτύων ελεγχόμενα από τους παρόχους (operator-governed opportunistic networks) κρίνεται ως ένας από τους υπό εξέταση τομείς για την υλοποίηση του ανωτέρω οράματος. Τα ευκαιριακά δίκτυα δημιουργούνται δυναμικά και προσωρινά αποτελώντας επεκτάσεις των βασικών υποδομών των δικτύων. Ο έλεγχος της λειτουργίας τους (δημιουργία, χρήση, τερματισμός) υλοποιείται μέσω της χρήσης γνωσιακών συστημάτων διαχείρισης, τα οποία έχουν τη δυνατότητα να αποκτούν πληροφορίες του περιβάλλοντος μέσω καναλιών ελέγχου και να λαμβάνουν αποφάσεις για τη δημιουργία και τον τερματισμό των ευκαιριακών δικτύων. Η παροδική χρήση πόρων μέσω της δημιουργίας των ευκαιριακών δικτύων, δύναται να χρησιμοποιηθεί για να παρέχει επιπλέον χωρητικότητα και κάλυψη σε προβληματικά τμήματα του δικτύου ασύρματης πρόσβασης, π.χ., με την αξιοποίηση της δυνατότητας χρησιμοποίησης γειτονικών τερματικών ή με τη χρήση μικρών κυψελών, έτσι ώστε να ανακατευθυνθεί η ροή δεδομένων από προβληματικές περιοχές σε μη προβληματικές. Συγκεκριμένα, η παρούσα διατριβή καλύπτει τα κάτωθι σημεία: - Ορισμός σεναρίων χρήσης ευκαιριακών δικτύων για την επέκταση κάλυψης και χωρητικότητας των δικτύων μέσω διαθέσιμων γειτονικών τερματικών. Περαιτέρω ανάλυση των εν λόγω σεναρίων περιλαμβάνεται στο Κεφάλαιο 2. - Δημιουργία αλγορίθμου για την επιλογή κατάλληλων κόμβων οι οποίοι δύνανται να χρησιμοποιηθούν στη δημιουργία των ευκαιριακών δικτύων με στόχο την επέκταση κάλυψης του δικτύου του παρόχου. Ο αλγόριθμος προτείνει τον ορισμό συνάρτησης καταλληλότητας (fitness function) μέσω της οποίας καθίσταται εφικτή η επιλογή των καλύτερων δυνατών γειτονικών τερματικών λαμβάνοντας υπόψη συγκεκριμένα χαρακτηριστικά. Περαιτέρω λεπτομέρειες περιλαμβάνονται στο Κεφάλαιο 3. - Δημιουργία αλγορίθμου για την επέκταση χωρητικότητας του δικτύου του παρόχου μέσω της επανακατεύθυνσης της ροής της κίνησης από προβληματικούς σταθμούς βάσης σε άλλους διαθέσιμους, γειτονικούς σταθμούς. Ο αλγόριθμος βασίζεται στον αλγόριθμο Ford–Fulkerson maximum flow. Περαιτέρω λεπτομέρειες περιλαμβάνονται στο Κεφάλαιο 4. - Για τη λειτουργία των αλγορίθμων απαιτείται και η ανταλλαγή συγκεκριμένων πληροφοριών της κατάστασης των γειτονικών κόμβων χωρίς να επιβαρύνεται κατά πολύ το δίκτυο με επιπρόσθετη, υψηλή ροή δεδομένων. Ως εκ τούτου, το Κεφάλαιο 5 πραγματεύεται θέματα σχετικά με τη δημιουργία και αποτίμηση επίδοσης διαύλων ελέγχου επικοινωνίας. - Τέλος, η επίπτωση της χρήσης ευκαιριακών δικτύων στην ενεργειακή κατανάλωση του παρόχου, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αποτυπώνονται στο Κεφάλαιο 6. Λαμβάνοντας υπόψη τα ανωτέρω, στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται η αξιολόγηση της αποδοτικότητας των ευκαιριακών δικτύων σε περιπτώσεις όπου κρίνεται αναγκαία η επέκταση της κάλυψης ή της χωρητικότητας του δικτύου υποδομής. Για να πραγματοποιηθεί κάτι τέτοιο είναι σημαντική η απόκτηση πληροφοριών των γειτονικών, διαθέσιμων κόμβων και στη συνέχεια η επιλογή των καταλληλότερων σύμφωνα με ορισμένα κριτήρια βελτιστοποίησης. Η αξιολόγηση των διαφόρων σεναρίων και περιπτώσεων χρήσης βασίζεται σε εκτενείς προσομοιώσεις, προκειμένου να υπάρχουν συμπεράσματα και συστάσεις. Τέλος, η ενεργειακή αποδοτικότητα των εν λόγω ευκαιριακών δικτύων αξιολογείται προκειμένου να υπάρχει άποψη του τι συμβαίνει σε καταστάσεις πριν και μετά τη δημιουργία των ευκαιριακών δικτύων.