Опережающие исследования беспроводных 5G сетей Интернета вещей
Цели проекта
  • Цель проекта - создание информационной технологии в виде комплекса математических моделей механизмов управления радиоресурсами беспроводных гетерогенных сетей пятого поколения 5G, поддерживающих технологии прямого взаимодействия устройств (D2D), Интернета вещей (IoT) и Интернета надежных вещей (IoRT), методов анализа моделей и расчета их вероятностно- временных характеристик, характеристик надежности соединений, таких как надежность соединения, доступность соединения и др.
  • Будут формализованы классы моделей движения, учитывающих особенности взаимодействия движущихся устройств в беспроводных сетях 5G, созданы принципиально новые аналитические и имитационные модели, вычислительные методы, реализующие информационную технологию.
  • Будут разработаны новые модели систем массового обслуживания со случайным числом неоднородных источников ограниченной доступности и обладающих ограниченными ресурсами на обработку информации, при этом будут введены и исследованы новые актуальные характеристики, такие как доступность соединения и надежность соединения, исследована чувствительность рассматриваемых характеристик к исходным параметрам моделей.
Руководитель проекта Все участники
Самуйлов Константин Евгеньевич

Самуйлов Константин Евгеньевич

Директор Института прикладной математики и телекоммуникаций, заведующий кафедрой прикладной информатики и теории вероятностей
Результаты проекта
Разработана интеллектуальная транспортная сеть для системы «Тактильный интернет» и приложений 5G со сверхнизкой задержкой. Базовая сеть построена с использованием SDN с одним централизованным контроллером и распределенными коммутаторами OpenFlow с развертыванием многоуровневых серверов MEC на границе радиосети.
Предложена модифицированная базовая сеть. Она модифицирована путем замены одного централизованного контроллера несколькими распределенными SDN контроллерами, чтобы справиться с резким увеличением сетевого трафика.
Разработан алгоритм метаэвристической оптимизации для мультиконтроллерной сети SDN, который рассчитывает оптимальное динамическое количество контроллеров SDN на основе нагрузки сети. Кроме того, алгоритм получает оптимальное количество соединений между коммутаторами OpenFlow и контроллерами SDN. Оптимальные решения обеспечивают минимальную задержку и эффективность использования.
Разработан алгоритм снижение нагрузки для сетей 5G, а также многоуровневой системы MEC. Алгоритм управляет разгрузкой вычислительных задач от конечных пользователей к распределенным пограничным серверам, что обеспечивает максимальную задержку и энергопотребление.
Разработан алгоритм снижения нагрузки с учетом энергопотребления и задержек для систем беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Алгоритм определяет два способа выгрузки вычислительных задач: воздушно-разгрузочный путь и наземный разгрузочный путь. БПЛА может перенести свою вычислительную задачу на ближайший БПЛА с доступными энергетическими и вычислительными ресурсами или на наземный блок с доступными ресурсами.
Ведется разработка инфраструктуры для использования БПЛА для расширения покрытия и увеличения производительности текущей сети в моменты высокой нагрузки.
С точки зрения повышения количества устройств, которым необходимым выход в сеть, колоссальную нагрузку будут создавать устройства «Интернета вещей» (IoT). В рамках исследований концепции «IoT» была разработана безопасная и надежная система IoT с использованием Fog-вычислений, технологии SDN. Система реализована с использованием реального оборудования, результаты экспериментов подтверждают правильность системы.
Оборудование Весь список
Базовые станции сети LTE
Входит в состав Гетерогенная сеть радиодоступа.
Радиочасть сети LTE
Входит в состав гетерогенной сети радиодоступа.
Маршрутизаторы сети LTE
Анализ вероятностно-временных характеристик беспроводной гетерогенной сети 5G при динамическом случайном изменении отношения сигнал к интерференции.
Анализаторы сети LTE
Входит в состав гетерогенной сети радиодоступа.
Антенны для оборудования сети LTE
Входит в состав гетерогенной сети радиодоступа.
Тестовые станции для моделирования высокой нагрузки на сеть
Компьютерное моделирование движения устройств в беспроводных сетях 5G с учетом статистических данных о мобильности для оценки интерференции, создаваемой перемещающимися устройствами, и связанных с ней вероятностных характеристик периодов недоступности радиоканала. Компьютерное моделирование управления радиоресурсами в сетях 5G в терминах теории случайных процессов с учетом гетерогенной инфраструктур сети и перемещения устройств, наличия трафика D2D и Интернета вещей. Компьютерное моделирование в области массового обслуживания с изменяющимися требованиями.
Модемы для тестовых станций
Исследование классов движения, учитывающих особенности взаимодействия движущихся устройств в беспроводных сетях 5G; Исследование систем массового обслуживания со случайным числом неоднородных источников ограниченной доступности и обладающих ограниченными ресурсами на обработку информации; Автоматизированная обработка экспериментальных данных; Управление радиоресурсами беспроводных сетей пятого поколения, поддерживающих технологии интернета вещей.
Устройства для программирования SIM карт
Компьютерное моделирование движения устройств в беспроводных сетях 5G с учетом статистических данных о мобильности для оценки интерференции, создаваемой перемещающимися устройствами, и связанных с ней вероятностных характеристик периодов недоступности радиоканала. Компьютерное моделирование управления радиоресурсами в сетях 5G в терминах теории случайных процессов с учетом гетерогенной инфраструктур сети и перемещения устройств, наличия трафика D2D и Интернета вещей. Компьютерное моделирование в области массового обслуживания с изменяющимися требованиями.
Точки доступа для демонстратора 5G миллиметрового диапазона
Анализ технологии беспроводной передачи данных с использованием миллиметровых волн и широким каналом. Исследование моделей блокираторов для движущих объектов и методы обеспечения устойчивости связи.
Коммутаторы для демонстратора 5G миллиметрового диапазона
Исследование классов движения, учитывающих особенности взаимодействия движущихся устройств в беспроводных сетях 5G; Исследование систем массового обслуживания со случайным числом неоднородных источников ограниченной доступности и обладающих ограниченными ресурсами на обработку информации; Автоматизированная обработка экспериментальных данных; Управление радиоресурсами беспроводных сетей пятого поколения, поддерживающих технологии интернета вещей.
Тестовые станции для моделирования высокой нагрузки на сеть
Моделирование оптических и квантово-физических устройств на основе волновых оптических и квантово-механических эффектов.
Сервер на базе процессора Intel Xeon (4 шт.), 8 ядер на один процессор, оперативная память 512 GB
Численное решение начально-краевых задач для систем уравнений в частных производных, стохастических дифференциальных уравнений, интегро-дифференциальных уравнений.
Область исследования
  • Программное обеспечение для обеспечения эксплуатации беспроводных механизмов и машин, участвующих в индустриальном производстве или оказании услуг: проектирование роботов или иных автоматизированных приборов, управляемых с помощью беспроводных сетей.
  • Программное обеспечение для организации дорожного движения с наличием функций автопилота у автомобилей: проектирование автомобилей с функцией автопилота, управляемых с помощью беспроводных сетей.
  • Программное обеспечение для организации логистических поставок: проектирование саморегулируемых водоснабжения, энергоснабжения и других поставок, управляемых с помощью беспроводных сетей.
  • Разработка алгоритмов, механизмов, которые будут внедрены в инфраструктуру систем мобильной связи 5G/5G+, а также могут быть использованы для последующего поколения систем мобильной связи (sixth generation, 6G).