Browsing by Author "Стрихалюк, Богдан Михайлович"

Now showing 1 - 4 of 4

Моделі та алгоритми маршрутизації інформаційних потоків в самоорганізованих мережах
(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Пиріг, Юлія Володимирівна; Стрихалюк, Богдан Михайлович; Національний університет «Львівська політехніка»; Ложковський, Анатолій Григорович; Гринкевич, Ганна Олександрівна
Дисертація присвячена удосконаленню методів маршрутизації інформаційних потоків у безпровідних самоорганізованих мережах шляхом покращення часових параметрів маршрутизації та передавання інформації в умовах різкого зростання динаміки потоків та нестабільності рівня шумів у радіоканалах. Встановлено, що важливим завданням при передаванні даних по безпровідних сенсорних мережах залишається забезпечення ефективності маршрутизації, яка безпосередньо впливає на збалансованість та рівномірність використання ресурсів радіоканалу, а також сумісне використання ліцензованих частотних смуг без впливу на процеси передавання користувачів. Для розв’язання окреслених завдань у роботі вперше запропоновано комплексний метод маршрутизації на основі знаходження глобального екстремуму функції впорядкованого випадкового пошуку з додаванням/видаленням вузла для утворення множини маршрутів та їх послідовного упорядкування за критерієм максимізації рівня QoS з урахуванням неоднорідностей у мережі. Удосконалено метод локалізації вузлів сенсорної мережі на основі алгоритмічного підходу Терстона з використанням діаграми потужності Вороного, що дало змогу підвищити точність визначення віртуальних координат при застосуванні диску Пуанкаре. Удосконалено метод кластеризації множини сенсорних вузлів для зменшення тривалості пошуку маршруту між довільною їх парою на основі визначення центроїда кластера із урахуванням моделі поширення сигналу в радіоканалі. Набула подальшого розвитку модель зони перекриття кластерів у самоорганізованих мережах, яка дала змогу застосувати схему перепризначення логічних адрес мережним вузлам, що функціонують у цих кластерах, і забезпечувати необхідний рівень якості обслуговування у разі програмних чи апаратних збоїв. Доведено ефективність запропонованих в роботі рішень з використанням розроблених математичних і імітаційних моделей. Диссертация посвящена усовершенствованию методов маршрутизации информационных потоков в беспроводных самоорганизующихся сетях путем улучшения временных параметров маршрутизации и передачи информации в условиях резкого роста динамики потоков и нестабильности уровня шумов в радиоканалах. Показано, что важной задачей при передаче данных по беспроводным сенсорным сетям остается обеспечение эффективности маршрутизации, которая непосредственно влияет на сбалансированность и равномерность использования ресурсов радиоканала, а также совместное использование лицензированных частотных полос без влияния на процессы передачи пользователей. Для решения определенных задач в работе впервые предложен комплексный метод маршрутизации на основе нахождения глобального экстремума путем упорядоченного случайного поиска с добавлением / удалением узла для образования множества маршрутов и их последовательного упорядочения по критерию максимизации уровня QoS с учетом неоднородностей в сети. Усовершенствован метод локализации узлов сенсорной сети на основе алгоритмического подхода Терстона с использованием диаграммы мощности Вороного, что позволило повысить точность определения виртуальных координат при применении модели диска Пуанкаре. Усовершенствован метод кластеризации множества сенсорных узлов для уменьшения продолжительности поиска маршрута между произвольной их парой на основе определения центроида кластера с учетом модели распространения сигнала в радиоканале. Получила дальнейшее развитие модель зоны перекрытия кластеров в самоорганизующихся сетях, которая позволила применить схему переназначения логических адресов сетевым узлам, функционирующим в этих кластерах, и обеспечивать необходимый уровень качества обслуживания в случае программных или аппаратных сбоев. Доказана эффективность предложенных в работе решений с использованием разработанных математических и имитационных моделей. The thesis is devoted to solving the actual scientific task of the data flows routing methods enhancement in self-organized networks by improvement of the data transmission latency in conditions of the dynamic traffic intensity and noise fluctuations in modern wireless sensor networks in order to satisfy user requirements in real-time applications. The principles and features of the wireless self-organizing networks design have been analysed to determine the key tasks, which should be solved to improve the balance and fairness of radio resource utilization such as improvement of the routing efficiency and spectrum sharing in licensed bands without jeopardizing the user experience. In order to solve the given tasks this thesis propose new complex routing method based on the global extremum determination for the function of sorted random search by adding/removing of the nodes. Proposed method allows creating and arranging of the set of routes by using the QoS maximization and taking into account the network heterogeneity. The nodes localization method has been improved based on the Thurston's algorithm using the Voronoi power diagram with correct adjacent connections, which allows to increase the precision of virtual coordinates by using canonical unit Poincare disk to improve the quality of routing in Euclidian space. The clustering method of sensor nodes has been improved by the determination of centroid taking into account the wireless channel propagation model to reduce the time for route searching between the arbitrary pair of nodes. The model of clusters overlapping in self-organized wireless networks has been further developed by using the logical nodes addresses reassignment within the given cluster to ensure the target QoS level in case of hardware or software failures. The simulations have been conducted based on the developed analytical and empirical models in conditions of noise fluctuations in wireless channels to prove the efficiency of the proposed solutions. Simulation results show that by using the proposed complex routing method we can ensure the high reliability of the wireless sensor network and maintain the required QoS level for end users. Simulations on the efficiency of proposed clustering method show that bit error rate has been reduced by 7% comparing to existing solutions. Simulations of the transmission time between source node and destination node using the shortest path selection by the proposed complex routing method show that the transmission latency has been reduced two times comparing to conventional routing methods for the same configuration of the wireless sensor network.
Моделі та алгоритми функціонування гетерогенних мереж мобільного зв'язку
(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Брич, Микола Володимирович; Стрихалюк, Богдан Михайлович; Національний університет «Львівська політехніка»; Коляденко, Юлія Юріївна; Макаренко, Анатолій Олександрович
Дисертація присвячена розв’язанню актуального наукового завдання розроблення моделей та алгоритмів адаптивного використання радіочастотних ресурсів ліцензійного та неліцензійного діапазонів у мережах мобільного зв’язку за наявності кількох конкуруючих операторів зв’язку та високої гетерогенності технологій радіодоступу, типів пристроїв та вимог до параметрів якості передавання даних. Проведено аналіз поточного стану та тенденцій розвитку мереж мобільного зв’язку за напрямком стандартів п’ятого покоління. Визначено основні обмежуючі фактори для підвищення пропускної здатності мереж мобільного зв’язку, такі як обмеження радіочастотного ресурсу, проблематику розподілу спектру та ліцензування технологій радіозв’язку в Україні, відсутність єдиної площини управління гетерогенною мережною інфраструктурою. Отримав подальший розвиток метод випадкового доступу з прослуховуванням середовища шляхом його адаптації до структури кадру LTE на канальному рівні, що дало змогу підвищити сумарну пропускну здатність гетерогенної мережі мобільного зв’язку за рахунок адаптивного використання неліцензійних радіочастотних ресурсів. Вперше запропоновано модель спільного використання радіочастотних ресурсів кількома операторами мобільного зв’язку на основі теорії ігор, яка, на відміну від існуючих, враховує поточні потреби оператора у пропускній здатності, що дає можливість підвищити ефективність використання радіочастотних ресурсів в умовах одночасного функціонування мереж LTE різних операторів у неліцензійному частотному діапазоні. Вперше запропоновано метод випадкового доступу з координованим прослуховуванням середовища абонентами LTE, який, на відміну від відомих, групує абонентів у D2D кластери, що дає змогу знизити рівень інтерференційних завад у гетерогенній мережі мобільного зв’язку за рахунок зменшення кількості колізій між абонентами LTE у неліцензійному частотному діапазоні. Проведено моделювання процесу функціонування гетерогенної мережі мобільного зв’язку в ліцензійному частотному діапазоні. Диссертация посвящена решению актуальной научной задачи разработки моделей и алгоритмов адаптивного использования радиочастотных ресурсов лицензионного и нелицензионного диапазонов в сетях мобильной связи при наличии нескольких конкурирующих операторов связи и высокой гетерогенности технологий радиодоступа, типов устройств и требований к параметрам качества передачи данных. Проведен анализ текущего состояние и тенденций развития сетей мобильной связи в направлении стандартов пятого поколения. Определены основные ограничивающие факторы для повышения пропускной способности сетей мобильной связи, такие как ограничение радиочастотного ресурса, проблематика распределения спектра и лицензирования технологий радиосвязи в Украине, отсутствие единой плоскости управления гетерогенной сетевой инфраструктурой. Получил дальнейшее развитие метод случайного доступа с прослушиванием среды путем его адаптации к структуре кадра LTE на канальном уровне, что позволило повысить суммарную пропускную способность гетерогенной сети мобильной связи за счет адаптивного использования нелицензионных радиочастотных ресурсов. Впервые предложена модель совместного использования радиочастотных ресурсов несколькими операторами мобильной связи на основе теории игр, которая, в отличие от существующих, учитывает текущие потребности оператора в пропускной способности, что позволяет повысить эффективность использования ресурсов в условиях одновременного функционирования сетей LTE различных операторов в нелицензионном частотном диапазоне. Впервые предложен метод случайного доступа с координированным прослушиванием среды абонентами LTE, который, в отличие от известных, группирует абонентов в D2D кластеры, что позволяет снизить уровень интерференционных помех в гетерогенной сети мобильной связи за счет уменьшения количества коллизий между абонентами LTE в нелицензионном частотном диапазоне. Проведено моделирование процесса функционирования гетерогенной сети мобильной связи в лицензионном частотном диапазоне. The thesis is devoted to solving the actual scientific problem of developing the models and algorithms for adaptive utilization of licensed and unlicensed spectrum resources by LTE mobile networks in the presence of several competing network operators and high heterogeneity of radio access technologies, device types and parameters of data transmission quality. The current state and state-of-the-art trends in 5G mobile networks development have been analyzed in details. The key constraints of the network capacity have been identified, such as spectrum scarcity, problems of spectrum allocation and licensing of the wireless communication standards in Ukraine, absence of a unified management platform for a heterogeneous network infrastructure, etc. To alleviate these above mentioned issues, several solutions to improve the future 5G mobile network infrastructure have been proposed. First of all, the method of carrier sense multiple random access has been further developed to adjust media access control to the LTE frame structure. This solution enables the adaptive utilization of unlicensed radio frequency resources to increase the total throughput of the heterogeneous mobile network. In addition, a new model for the unlicensed spectrum sharing by several mobile network operators has been proposed. The novelty of this model is in the new game theoretical framework with proportional payoff distribution among the operators by calculation of the Shapley value, which prevents their selfish behavior. In the proposed framework, Shapley value determines how much spectrum should be allocated for each mobile network operator depends on their payoffs. High payoff means that spectrum utilization is close to the initial spectrum allocation. Low payoff means that network operator allocates much more or less spectrum than is actually required. The key advantage of this approach is in the flexibility to the traffic fluctuation within internal operator’s network. Proposed model takes into account the instantaneous bandwidth demand of the operator, which enables the increasing of the spectrum utilization efficiency in conditions of simultaneous operation of multiple LTE operators in the unlicensed spectrum. Further in this thesis, a new approach for cooperative spectrum sensing for the scenario of device-to-device assisted cellular network. The main idea of this approach is to reduce the number of total spectrum sensing attempts for each user by enabling their cooperation in clusters via device-to-device communication. Each cluster is formed by two or more devices in the vicinity of each other, which sense the carrier occupancy alternately and share the obtained information with other cluster members. Thus, the number of sensing attempts is decreased proportionally to the number of users in a single cluster. To further improve the bandwidth utilization, cluster members configure the size of contention window to minimize the idle time between their access to the unlicensed channel. The simulation of a heterogeneous mobile network operation in the licensed spectrum has been conducted and advantages of the proposed solutions have been confirmed.
Підготовка фахівців спеціальності «Інформаційні мережі зв’язку» з використанням віртуального навчального середовища компанії Cisco
(Видавництво Львівської політехніки, 2014) Климаш, Михайло Миколайович; Стрихалюк, Богдан Михайлович; Костів, Орест Любомирович
В роботі наведено інтеграцію курсів локальної мережевої академії Cisco у навчальні плани підготовки бакалаврів за напрямом «Телекомунікації» та фахівців спеціальності «Інформаційні мережі зв’язку». Проаналізовано доцільність використання віртуального навчального середовища компаніії Cisco при вивченні дисциплін «Телекомунікаційні та інформаційні мережі» для студентів напрямку підготовки «Телекомунікації». The paper depicts the integration process of Cisco academy curriculum into the learning plans of bachelor degree courses in Telecommunications and master degree courses in Information and communication networks. The utilization advisability of Cisco virtual learning environment had been analyzed for studying the course "Telecommunication and information networks", which is recommended for students of bachelor degree in Telecommunications.
Структурний та функціональний синтез гетерогенних сервісно-орієнтованих телекомунікаційних мереж
(Національний університет "Львівська політехніка", 2015) Стрихалюк, Богдан Михайлович
Дисертаційну роботу присвячено вирішенню актуальної наукової проблеми оптимального структурного та функціонального синтезу гетерогенних мереж на основі Cloud-технологій у процесі надання широкого спектру послуг в умовах дії зовнішніх та внутрішніх динамічних структурно-параметричних впливів. В роботі запропоновано модель гіперболічних потоків Річчі з конформним відображенням структури множини вершин графу хмаринкової мережної системи на основі ріманівської метрики віртуальною системою координат мережних вузлів, що дало змогу досягнути підвищення рівня досяжності вузлів мережної хмари на 17%. Використання запропонованого розв'язку оптимізаційної задачі в умовах адаптації до середньої допустимої затримки з урахуванням пріоритетів послуг дає змогу більш повно врахувати особливості функціональної композиції сервісів та їх взаємного впливу у процесі синтезу структури віртуальних сервісних шарів, гарантувати необхідну якість обслуговування за кожним композитним додатком, запропонувати метод багатоадресного пересилання інформаційних потоків у розподілених мережах дата-центрів, що приводить до збільшення корисної пропускної здатності таких систем з базовою пропускною здатністю 10 Гбіт/с на 35-42%. Здійснено подальший розвиток моделі мультикастового передавання в архітектурах товстого дерева VL2, B-Cube на основі введення площини резервного багатоадресного передавання, що дало змогу знизити обсяг службової інформації у розподіленій мережі дата-центрів у 1,5 рази. На підставі проведених досліджень запропоновано модель оптимізації сервісу в архітектурі СПДС, ща дала змогу підвищити загальну продуктивність гетерогенної сервісної платформи в умовах міграції віртуальних машин до 15% у стратегії стримування міграції віртуальних машин для значень коефіцієнтів використання ресурсів до 0,3 та до 10% у стратегії сприяння міграції для значень коефіцієнтів використання ресурсів, більших 0,8. Диссертационная работа посвящена решению актуальной научной проблемы оптимального структурного и функционального синтеза гетерогенных сетей на основе Cloud-технологий в процессе предоставления широкого спектра услуг в условиях влияния внешних и внутренних динамических структурно-параметрических воздействий. В работе предложена модель гиперболических потоков Риччи с конформным отображением структуры множества вершин графа сети облачных вычислений на основе римановской метрики виртуальной системой координат сетевых узлов, что позволило добиться повышения уровня досягаемости узлов сетевого облака на 17%. Предложена модель на основе оптимизации лагранжиана, использование которой дает возможность выполнить согласованное решение задачи нелинейной маршрутизации в сетевой системе с общей платформой доставки сервисов (ОПДС) и задачи миграции виртуальных серверов за счет адаптации вероятностных параметров модели предыдущего распределения виртуализированных ресурсов облачных систем с обеспечением вероятности успешного выполнения запроса на уровне не ниже 0,999. Использование предложенного решения оптимизационной задачи в условиях адаптации к средней допустимой задержке с учетом приоритетов услуг позволяет, во-первых, более полно учитывать особенности функциональной композиции сервисов и их взаимного влияния в процессе синтеза структуры виртуальных сервисных слоев, во-вторых, гарантировать необходимое качество обслуживания каждому композитному приложению, которое реализуется на основе предложенной архитектуры, в-третьих, предложить метод многоадресной рассылки информационных потоков в распределенных сетях дата-центров, что приводит к увеличению полезной пропускной способности таких систем с базовой пропускной способностью 10 Гбит/с на 35-42% и уменьшения вероятности повторной передачи трафика. Осуществлено дальнейшее развитие модели мультикастовой передачи в архитектурах толстого дерева VL2, B-Cube на основе введения плоскости резервной многоадресной рассылки, что позволило снизить объем служебной информации по отпечаткам трафика, возникающей вследствие потери запросов в распределенной сети дата-центров в 1,5 раза. На основании проведенных исследований предложена модель оптимизации сервиса в архитектуре ОПДС, которая позволила повысить общую производительность гетерогенной сервисной платформы в условиях миграции виртуальных машин до 15%, в стратегии сдерживания миграции виртуальных машин для значений коэффициентов использования ресурсов ниже 0,3, и до 10%, в стратегии содействия миграции для значений коэффициентов использования ресурсов более 0,8.