Автореферати та дисертаційні роботи
Permanent URI for this collectionhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/2995
Browse
2 results
Search Results
Item Інтелектуальне автоматизоване управління децентралізованими системами мобільного зв'язку(Національний університет "Львівська політехніка", 2021) Максимюк, Тарас Андрійович; Климаш, Михайло Миколайович; Національний університет "Львівська політехніка"; Толюпа, Сергій Васильович; Отрох, Сергій Іванович; Політанський, Руслан ЛеонідовичВ дисертаційній роботі вирішено науково-прикладну проблему розроблення методів, моделей та засобів інтелектуального управління децентралізованою мультиоператорною інфраструктурою мереж мобільного зв’язку, з метою підвищення її техніко-економічної ефективності для операторів та абонентів, в умовах відкритого ринку радіочастотного ресурсу та мережної інфраструктури. Запропоновано системний підхід до структурно-функціонального синтезу децентралізованих мереж мобільного зв'язку з інтелектуальним автоматизованим управлінням, який полягає у розробленні множини методів інтелектуального управління мережною інфраструктурою, засобів автоматизації мережі для забезпечення її універсальності до будь-яких стандартів безпровідного зв’язку та типів мобільних пристроїв, а також моделей децентралізації радіочастотного ресурсу та мережної інфраструктури із адаптивним мультиоператорним обслуговуванням абонентів. В диссертационной работе решена научно-прикладная проблема разработки методов, моделей и средств интеллектуального управления децентрализованной мультиоператорною инфраструктурой сетей мобильной связи, с целью повышения ее технико-экономической эффективности для операторов и абонентов, в условиях открытого рынка радиочастотного ресурса и сетевой инфраструктуры. Предложен системный подход к структурно-функциональному синтезу децентрализованных сетей мобильной связи с интеллектуальным автоматизированным управлением, который заключается в разработке множества методов интеллектуального управления сетевой инфраструктурой, средств автоматизации сети для обеспечения ее универсальности к любым стандартам беспроводной связи и типам мобильных устройств, а также моделей децентрализации радиочастотного ресурса и сетевой инфраструктуры с адаптивным мультиоператорним обслуживанием абонентов. The thesis solves a scientific problem of the development of methods, models and means for the intelligent decentralized multi-operator infrastructure management in mobile networks, to increase its technical and economic efficiency for operators and users in the scenario of open spectrum and infrastructure markets. This work aims to resolve an uncertainty between the need of centralized management to enhance the technical efficiency of the mobile network by leveraging the advanced capabilities of artificial intelligence, and the demand for decentralized open spectrum market with flexible business models for infrastructure deployment and sharing by operators to increase the economic efficiency of the entire mobile ecosystem. In particular, we have developed a concept of a decentralized mobile network that integrates the means of artificial intelligence and the blockchain technology to leverage the advantages of both centralized and decentralized business models in the mobile network, while eliminating their corresponding drawbacks and constraints. Such a solution allows to disrupt the mobile network market by enabling a trustable spectrum and infrastructure sharing among operators, underpinned by economic and legislative mechanisms. This in turn, raises a challenge of the effective operation of the multi-operator mobile network in terms of technical and economic factors, while assuming the conditions of the decentralized infrastructure deployment, the open spectrum market and the ubiquitous connectivity of end users regardless of the serving operator. Thus, the key scientific contributions of the thesis are summarized as following. A new structural and functional model of decentralized mobile network is proposed to decouple the user plane, infrastructure plane, operator plane, decentralization plane and intelligent control plane to enable an automated coordination of the spectrum and infrastructure sharing among operators based on the smart contracts, the assets tokenization and the artificial intelligence. To provide a data supply chain for the artificial intelligence we have developed a decentralized monitoring system that can cope with an exogenous dynamic of the mobile network and allows operators to react in advance. To enable the trading of spectrum and infrastructure among operators within the decentralized blockchain ecosystem, we propose a tokenization model of spectrum and infrastructure based on the non-fungible tokens, utility tokens and central bank digital currencies. Considering the demand for the ubiquitous connectivity and the upcoming paradigm of the micro-operators in 6G, we propose a new model of adaptive operator selection based on technical and economic criteria to enable seamless user connectivity across multiple operators with flexible SLA smart contracts, negotiated and executed in quasi real time. A particular attention in the thesis is given to the problem of decentralized coverage planning to allow operators extending the network coverage by placing new base stations in the most optimal way, taking into account the existing network infrastructure that has been built before. This challenge is solved by a modified version of the self-organizing maps with a combination of immutable and mutable neurons to exhibit the positions of existing and potential network infrastructure during the coverage optimization. An additional enhancement of the model has been done by replacing the conventional metric of Euclidean distance to the metric of SINR that allows optimizing the network coverage in a spatial domain, considering the impact of buildings in the urban environment on the coverage quality. To resolve the problem of spectrum management in a current semi-centralized scenario, we have developed a game theoretical model that allows big operators with a nationwide spectrum license to share it with micro-operators in a local scale based on the smart-contracts. Such a solution allows both improving the connectivity and experience of the end users as well as increasing profits of operators by sharing the spectrum based on evolutionary stable equilibrium strategies. In addition, the challenge of unlicensed spectrum sharing with interference mitigation is solved by the cooperative game model based on the trading of utility tokens among the operators in a blockchain. The proposed model converges to the Nash equilibrium within few iterations that ensures the fair utilization of unlicensed spectrum regardless of the number of operators. To further enhance the efficiency of spectrum sharing among operators considering their timevarying demands, we have developed the intelligent spectrum management model for mobile networks based on the recurrent neural networks, which allows to predict a trafficde mand of the particular network service and allocate enough spectrum in advance. This allows operators to adjust their corresponding strategies to ensure the best tradeoff between technical end economic efficiency of the mobile network. Finally, we have proposed a method of intelligent data flows management in an optical transport network infrastructure. Proposed method implements a flexible data flows multiplexing and aggregation across wireless and optical domain to support an adaptive end-to-end quality of service provision for different network slices in the large scale decentralized mobile ecosystem.Item Підвищення енергетичної та спектральної ефективності гетерогенних мереж мобільного зв’язку(Національний університет "Львівська політехніка", 2015) Максимюк, Тарас АндрійовичДисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-практичної задачі розроблення моделей та алгоритмів підвищення пропускної здатності гетерогенних мереж мобільного зв’язку в умовах обмежених спектральних ресурсів та нестаціонарних енергетичних параметрах мережі, а також розроблення моделей планування багаторівневої структури гетерогенної мережі на етапі проектування для забезпечення вимог до пропускної здатності при підтримці мінімального рівня інтерференції. В роботі детально розглянуто вимоги до мереж мобільного зв’язку п’ятого покоління та проаналізовано основні технічні рішення, спрямовані на задоволення цих вимог. Запропоновано методику вибору віконних функцій з ефективною локалізацією енергії в частотно-часовій площині з урахуванням взаємних впливів у гетерогенній мережі, що дає змогу підвищити енергетичну та спектральну ефективність радіоканалів, за рахунок зменшення інтерференції у гетерогенних мережах мобільного зв’язку. Вирішено задачу ефективної інтеграції технології D2D у коміркові мережі шляхом розроблення енергетичної моделі конвергенції та методів координованого обслуговування, що дало змогу підвищити енергетичну та спектральну ефективність у мережі за рахунок усунення інтерференції між D2D доменами. Запропоновано нову модель фрактального планування та прогнозування параметрів багаторівневої гетерогенної мережі мобільного зв’язку та розроблено на її основі метод балансування навантаження у мережі для підвищення її енергетичної ефективності. Диссертация посвящена решению актуальной научно-практической задачи разработки моделей и алгоритмов повышения пропускной способности гетерогенных сетей мобильной связи в условиях ограниченных спектральных ресурсов и нестационарных энергетических параметрах сети, а также разработки моделей планирования многоуровневой структуры гетерогенной сети на этапе проектирования для обеспечения требований к пропускной способности при поддержке минимального уровня интерференции. В работе подробно рассмотрены требования к сетям мобильной связи пятого поколения и проанализированы основные технические решения, направленные на удовлетворение этих требований. Предложена методика выбора оконных функций по эффективной локализации энергии в частотно-временной плоскости с учетом взаимных влияний в гетерогенной сети, что позволяет повысить энергетическую и спектральную эффективность радиоканалов, за счет уменьшения интерференции в гетерогенных сетях мобильной связи. Решена задача эффективной интеграции технологии D2D в сотовые сети путем разработки энергетической модели конвергенции и методов координированного обслуживания, что позволило повысить энергетическую и спектральную эффективность в сети за счет устранения интерференции между D2D доменами. Предложена новая модель фрактального планирования и прогнозирования параметров многоуровневой гетерогенной сети мобильной связи и разработан на ее основе метод балансировки нагрузки в сети для повышения ее энергетической эффективности. The thesis is devoted to solving an actual scientific task of developing models and algorithms for throughput increasing in heterogeneous mobile networks with conditions of limited spectral resources and developing models to design the multi-tier structure of heterogeneous network during network planning stage to support throughput requirements while ensuring the minimal level of interference. Current stage and of development trends of mobile networks towards fifth generation standards has been studied in details. Main limiting factors for heterogeneous mobile networks deployment have been determined such as interference, handover complexity, necessity of centralized radioresources management, backhaul complexity and absence of existing models for structure-functional synthesis of multi-tier cellular infrastructure. Existing technical solutions for 5G heterogeneous networks have been classified such as network densification, spectral aggregation, coordinated multi-point, D2D, utilization of millimeter waves, multi-antenna systems, software defined radio access networks, etc. The model of heterogeneous network convergence, which takes into account the interference between co-channel D2D domains to support necessary signal-tointerference plus noise ratio and to increase the spectral efficiency of heterogeneous network. Using the multi-hop routes for D2D domains based on the proposed model of air interfaces convergence allows to decrease number of requests to base station that additionally increase the spectral efficiency by 4% due to less signaling data. Based on the proposed model the method of content replication was developed that allows to increase the throughput utilization efficiency by 7%. The task of interference avoidance between D2D domains has been solved by introducing the developed coordinated multi-point method with joint transmission between cells and D2D domains. Based on this method an algorithm was developed and simulations have been conducted, that allows to increase the spectral efficiency by 83% and 29% for cells and D2D domains respectively. The task of multi-tier heterogeneous network design has been solved by introducing fractal geometry model of cellular infrastructure. Developed model allows resource planning by calculations of scale-invariant geometric pattern. Based on the proposed model, the method of centralized dynamic reconfiguration of multi-tier cellular infrastructure that allows to improve process of spectral resources management and increase the spectral and energy efficiency of heterogeneous network.