Фундаментальные проблемы и вероятностные задачи оценки и оптимизации производительности и параметров нарезки виртуальных радиоресурсов высокочастотных наземных и воздушных сетей 5-го и последующих поколений
Год 2020
Департамент Институт компьютерных наук и телекоммуникаций
Считается, что в следующем десятилетии сервисно-ориентированные архитектуры (Service-Oriented Architecture, SOA) для сетей новых поколений (Fifth Generation, 5G) обеспечат значительные выгоды для всех участвующих сторон, к которым относятся пользователи, оператор мобильной сети (Mobile Network Operator, MNO) и поставщики инфраструктуры (Infrastructure Providers, InP). Это предполагает большую гибкость в распределении ресурсов, как сетевых, так и облачных, что достигается путем их оптимизации. Особенностью является то, что оптимизация должна выполняться в процессе предоставления услуг, которое производится в соответствии с требованиями заключенного между оператором и пользователями соглашения об уровне обслуживания (Service Level Agreement, SLA). Новым решением является виртуализация сетевых и облачных ресурсов, предложенная как альтернатива сервисно-ориентированным архитектурам (СОА). Виртуализация может быть реализована путем отделения услуг и функциональных возможностей от сети радиодоступа (Radio Access Network, RAN) таким образом, чтобы оператор мобильной сети мог предоставить изолированную инфраструктуру в виде отдельных логических экземпляров сразу нескольким арендаторам - виртуальным сетевым операторам (Virtual Network Operator, VNO). Это подразумевает некоторые изменения традиционных ролей, которые играют операторы сети: в отличие от операторов мобильной сети MNO, виртуальные сетевые операторы VNO не владеют инфраструктурой, а поставщики инфраструктуры InP вообще не участвуют в процессе управления услугами.
Нарезка (slicing) сети радиодоступа, которая будет реализована путем виртуализации радиоресурсов, является наиболее перспективным кандидатом для обеспечения гибкости в управлении услугами. При нарезке для каждого виртуального сетевого оператора поддерживается определенный уровень изоляции гарантий производительности сети, объявленных в соглашениях об уровне обслуживания, при этом должен быть реализован эффективный способ использования ресурсов в нарезках для максимизации пропускной способности и уровня удовлетворенности пользователей. Поскольку нарезка может осуществляться в режиме онлайн, на каждом интервале управления ресурсы должны быть на основании приоритизации обслуживания оптимально перераспределены между пользователями виртуального сетевого оператора, предлагающими к обслуживанию разнородный мультисервисный трафик.
Именно эта весьма актуальная проблема является темой предлагаемого проекта. В ее рамках с учетом случайного характера предложенного трафика рассматривается задача построения новых вероятностных моделей в виде систем массового обсаживания с заявками случайных объёмов, и, возможно, моделей стохастической геометрии для анализа характеристик возникающей интерференции, влияющей на качество обслуживания. Существенной является также формализация задач оптимизации, причем их решение станет возможным, скорее всего, лишь численными методами. При выполнении проекта предполагается также разработка численных методов и построение имитационных моделей для оценки показателей эффективности исследуемых систем.
- Целью исследования является построение моделей и формализация задач оптимизации применительно к проблеме виртуализации и управления ресурсами в беспроводных мультисервисных сетях. Модели систем массового будут учитывать обслуживание разнородного трафика в условиях нарезки сети радиодоступа между несколькими арендаторами (виртуальными мобильными операторами), а задачи оптимизации должны отражать справедливость разделения между ними сетевых и облачных ресурсов. Для анализа проблем интерференции, непосредственно влияющей на качество обслуживания, будут применены методы стохастической геометрии. Особенностью здесь будет применение этих методов для радиотехнологий миллиметрового диапазона в условиях сверхплотного распределения мобильных устройств.
Кучерявый Евгений Андреевич
- Во-первых, трафик с гарантированной скоростью (Guaranteed Bitrate, GB) - трафик наивысшего приоритета, для которого минимальный и максимальный пороговые значения для назначения скорости передачи данных должны быть всегда гарантированы независимо от изменения нагрузки трафика и состояния сети.
- Во-вторых, трафик с негарантированной доставкой и гарантированной минимальной скоростью (Best Effort with Guaranteed Bitrate, BG) - трафик второго приоритета, для которого гарантируется только минимальный уровень скорости передачи данных, а более высокая скорость предоставляется только при наличии свободного ресурса.
- В-третьих, трафик с негарантированной доставкой (Best Effort, BE) – трафик наименьшего приоритета, для которого нет гарантий качества обслуживания, соответствующие пользователи обслуживаются только при наличии свободного ресурса. Предполагается, что модели будут строится как для каждого типа трафика, так и для их комбинаций.
- Поддержание уровня изолированности производительности между виртуальными мобильными операторами в сценарии с несколькими арендаторами и дифференцированными по приоритетам требованиями к обслуживанию трафика.
- Удовлетворение всех соглашений об уровне обслуживания и внутренних политик каждого виртуального мобильного оператора независимо от изменения нагрузочных параметров сети.
- Максимизация использования агрегированных ресурсов на самом высоком достижимом уровне в соответствии с концепцией пропорциональной (относительно соглашений об уровне обслуживания) справедливости.
- Научная значимость планируемых результатов заключается в формализации моделей и решении основных математических проблем по анализу ключевых показателей функционирования гетерогенных беспроводных сетей с учетом механизмов виртуализации, а именно, вероятности блокировки запроса пользователя и характеристик времени ожидания в очереди по причине отсутствия достаточного объема ресурса, параметры схем самого механизма управления распределением ресурсов при нарезке сети. Получение основных обменных соотношений между параметрами исследуемых системы и качеством обслуживания абонентов, необходимых для успешного развертывания и эксплуатации сетей операторами связи и обеспечения гарантий соглашений об уровне обслуживания, предполагается основной практической ценностью проекта.