Автореферати та дисертаційні роботи
Permanent URI for this collectionhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/2995
Browse
7 results
Search Results
Item Методи побудови та обробки фрактальних зображень з використанням рандомізованої системи ітераційних функцій(Національний університет «Львівська політехніка», 2023) Юнак, Остап Миронович; Національний університет «Львівська політехніка»В дисертаційній роботі розв’язано науково-практичне завдання розробки удосконалених методів побудови фрактальних зображень на основі рандомізованої системи ітераційних функцій (РСІФ) та розвитку методів їх розпізнавання, захисту та шифрування із використанням нейронних мереж. In the dissertation, a scientific and practical task has been solved, which involves the development of advanced methods for generating fractal images using a randomized system of iterative functions (RSIF), as well as the advancement of methods for their recognition, protection, and encryption using neural networks.Item Моделі та метод оптимального розподілу мережних ресурсів в програмно-конфігурованих гетерогенних мережах мобільного зв'язку(Національний університет "Львівська політехніка", 2021) Бешлей, Галина Володимирівна; Климаш, Михайло Миколайович; Національний університет "Львівська політехніка"; Жураковський, Богдан Юрійович; Безрукий, Валерій МихайловичItem 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 енергоефективності та якості обслуговування інтегрованих мереж LTE/Wi-Fi(Національний університет "Львівська політехніка", 2020) Кагало, Ігор Олександрович; Климаш, Михайло Миколайович; Національний університет "Львівська політехніка"; Толюпа, Сергій Васильович; Єременко, Олександра СергіївнаВ дисертаційній роботі розв’язано науково-технічне завдання підвищення енергоефективності та якості обслуговування інтегрованих мереж LTE/Wi-Fi шляхом розроблення методів адаптивного управління доступом до неліцензійного частотного діапазону, планування радіоресурсів та формування структури рівня радіодоступу, а також удосконалення алгоритму обслуговування черги канального рівня в мережі Wi-Fi для для передавання даних, із забезпеченням необхідної якості, у каналах з короткочасними втратами зв’язку. Вперше запропоновано метод адаптивного планування радіоресурсів та формування структури рівня радіодоступу інтегрованих мереж LTE/Wі-Fі, на основі діаграми Вороного в залежності від локалізації абонентського навантаження, що дало змогу уникнути міжкоміркової інтерференції, підвищити якість обслуговування та енергоефективність мережі до 42%. Удосконалено метод адаптивного управління доступом до неліцензійного радіоканалу в умовах спільного співіснування систем Wi-Fi та LTE-U, що дало змогу підвищити ефективність використання ресурсів та швидкість передавання даних в мережах LTE з уникненням міжсистемної інтерференції. Запропоновано алгоритм обслуговування черги канального рівня в мережі Wi-Fi для забезпечення необхідної якості, у каналах з короткочасними втратами зв’язку при передаванні декількох відеопотоків реального часу, що дало змогу в інтегрованій LTE/Wi-Fi мережі запобігти блокуванню черги головним пакетом та покращити якість передавання відеопотоків від 5% до 45% оціненої за критерієм MSE. На основі розробленої імітаційної моделі оцінено ефективність запропонованих рішень. В результаті моделювання встановлено, що комплексне використання модифікованого методу повторного розподілення частот між комірками LTE в умовах адаптивного формування структури радіодоступу та неліцензійного діапазону частот, дало змогу підвищити на 25 % швидкість передавання даних для абонентів інтегрованої LTE/Wi-Fi мережі з уникненням міжкоміркової інтерференції. В диссертационной работе решена научно-техническая задача повышения энергоэффективности и качества обслуживания интегрированных сетей LTE / Wi-Fi путем разработки методов адаптивного управления доступом к нелицензионному частотному диапазону, планирования радиоресурсов и формирования структуры уровня радиодоступа, а также совершенствования алгоритма обслуживания очереди канального уровня в сети Wi-Fi для передачи данных, с обеспечением необходимого качества, в каналах с кратковременными потерями связи. Впервые предложен метод адаптивного планирования радиоресурсов и формирования структуры уровня радиодоступа интегрированных сетей LTE / Wi-Fi, на основе диаграммы Вороного в зависимости от локализации абонентской нагрузки, что позволило избежать интерференции, повысить качество обслуживания и энергоэффективность сети до 42%. Усовершенствован метод адаптивного управления доступом к нелицензионному радиоканалу в условиях совместного сосуществования систем Wi-Fi и LTE-U, что позволило повысить эффективность использования ресурсов и скорость передачи данных в сетях LTE с предотвращением межсистемной интерференции. Предложен алгоритм обслуживания очереди канального уровня в сети Wi-Fi для обеспечения необходимого качества, в каналах с кратковременными потерями связи в условиях передаче нескольких видеопотоков реального времени, что позволило в интегрированной LTE / Wi-Fi сети предотвратить блокирование очереди главным пакетом и улучшить качество передачи видеопотоков от 5% до 45 %, оцененное по критерию MSE. На основе разработанной имитационной модели оценена эффективность предложенных решений. В результате моделирования установлено, что комплексное использование модифицированного метода повторного распределения частот между сотами LTE в условиях адаптивного формирования структуры радиодоступа и нелицензионного диапазона частот, позволило повысить на 25% скорость передачи данных для абонентов интегрированной LTE / Wi-Fi сети с улучшенными показателями интерференции. The thesis is devoted to solving the scientific and technical task of improving the energy efficiency and the quality of service in the integrated LTE/Wi-Fi networks by developing the method of adaptive unlicensed spectrum access, the method of radio resource planning and network structure design, as well as improving the algorithm of the link level queueing in the Wi-Fi network in order to tolerate short-term link failures during the transmission of the real-time video streams. In particular, the method of adaptive radio resources planning and integrated LTE/Wi-Fi network structure design based on the Voronoi diagram is proposed first time. The proposed method takes into account the spatial localization of the users that allows improving the service quality and the energy efficiency of the network up to 40%, by avoiding interference. The method of adaptive unlicensed spectrum access for the scenario of the Wi-Fi/LTE-U coexistence has been further improved to increase the radio resource utilization and the data rate in the LTE network by preventing the inter-system interference. The algorithm of link level queuing in the Wi-Fi network is developed to tolerate the short-term link failures during the transmission of multiple real-time video streams. The developed algorithm allows improving the quality of real-time video streaming over the integrated LTE/Wi-Fi network by 5-45% according to the MSE metric. The efficiency of the all aforementioned solutions has been evaluated using the developed simulation model. According to the simulation results, it was proven that the combination of the proposed method for frequency reuse among LTE cells, adaptive network structure design and the unlicensed spectrum utilization allowed to increase data rates for subscribers of integrated LTE/Wi-Fi network by 25% while mitigating the inter-system interference between Wi-Fi and LTE.Item Підвищення доступності телекомунікаційних послуг в мережах мобільного зв'язку(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Бак, Роман Іванович; Чайковський, Ігор Борисович; Національний університет «Львівська політехніка»; Отрох, Сергій Іванович; Скулиш, Марія АнатоліївнаДисертаційна робота присвячена розв’язанню актуального наукового завдання розроблення моделей, методів та алгоритмів підвищення доступності телекомунікаційних послуг шляхом балансування абонентського навантаження під час пікових навантажень на окремі сегменти мереж мобільного зв'язку. Проведено аналіз стану та тенденцій розвитку коміркових мереж мобільного зв’язку. Встановлено, що на процеси надання послуг зв'язку і забезпечення їх неперервності визначальний вплив мають механізми керування мобільністю та балансування абонентського навантаження. Вперше запропоновано ітераційний метод балансування абонентського навантаження у комірковій мережі мобільного зв'язку, який у процесі розподілу враховує доступні мережні ресурси не лише сусідніх комірок, а й більш віддалених від цільової, враховує завантаженість комірок, тип абонентського навантаження, швидкість переміщення абонентського терміналу та ефективність використання ним каналу зв'язку, забезпечує перенесення частки абонентського навантаження від перевантаженої до будь-якої доступної недовантаженої комірки мережі без зростання рівня втрат запитів. Розвинуто модель топологічної структури коміркової мережі мобільного зв'язку на основі графу, яка в процесі формування зв'язків між мережними елементами враховує множину зайнятих користувачами ресурсів та їх стан стосовно сусідніх сегментів мережі, що дає змогу підвищити ефективність балансування абонентського навантаження. Отримав подальший розвиток метод оцінювання ефективності використання каналу зв'язку, який використовує узагальнений критерій його частотної та енергетичної ефективності, шляхом урахування віддалі між межею Шеннона та точкою, що позначає частотну та енергетичну ефективності безпровідного інтерфейсу підсистеми радіомережі і дає змогу визначити оптимальну стратегію планування мережі мобільного зв'язку. Проведено моделювання процесу функціонування коміркової мережі мобільного зв'язку в умовах пікових навантажень на окремі групи комірок. Диссертация посвящена решению актуальной научной задачи разработки моделей, методов и алгоритмов повышения доступности телекоммуникационных услуг путем балансирования абонентской нагрузки во время пиковых нагрузок на отдельные сегменты сетей мобильной связи. Проведен анализ состояния и тенденций развития сотовых сетей мобильной связи. Определено, что на процессы предоставления услуг связи и обеспечения их непрерывности определяющее влияние оказывают механизмы управления мобильностью и балансирование абонентской нагрузки. Впервые предложен итерационный метод балансирования абонентской нагрузки в сотовой сети мобильной связи, который в процессе распределения учитывает доступны сетевые ресурсы не только соседних ячеек, но и более отдаленных от целевой, учитывает загруженность ячеек, тип абонентской нагрузки, скорость перемещения абонентского терминала и эффективность использования им канала связи, обеспечивает перенос части абонентской нагрузки от перегруженной к любой доступной недогруженными ячейке сети без роста уровня потерь запросов. Развита модель топологической структуры сотовой сети мобильной связи на основе графа, которая учитывает в процессе формирования связей между сетевыми элементами множество занятых пользователями ресурсов и их состояние относительно соседних сегментов сети, что позволяет повысить эффективность балансирования абонентской нагрузки. Получил дальнейшее развитие метод оценки эффективности использования канала связи, который использует обобщенный критерий его частотной и энергетической эффективности, путем учета расстояния между границей Шеннона и точкой, обозначающей частотную и энергетическую эффективности беспроводного интерфейса подсистемы радиосети и позволяет определить оптимальную стратегию планирования сети мобильной связи. Проведено моделирование процесса функционирования сотовой сети мобильной связи в условиях пиковых нагрузок на отдельные группы ячеек. The thesis is devoted to solving the relevant scientific task of development the methods, models and algorithms for increasing the telecommunication services availability by using the load balancing during rush-hour in particular segments of mobile communication network. The current state and trends of cellular network development has been analysed in details. It was determined that process of seamless and continious service provision in mobile network is significantly affected by mobility management and load balancing mechanisms. A new iterative method of load balancing for mobile communication network has been introduced first time. The novelty of the proposed method is that it takes into account resource availability in both neighbour and more distant cells, cells load, user’s velocity and traffic demand and efficiency of spectrum utilization. All these factors in total provide effective load distribution among the cells without interruption of service provision process. The topological model of cellular network has been further developed based on the graph, which takes into account the set of resources occupied by users, connections among the radio network elements, and state of users’ connection within target cells neigborhoud to improve the efficiency of load balancing. For the description of cells structures, that are divided into sectors, for the mapping of the basic and more complete interconnection between the components of the radio network, the graph is proposed without taking into account the overlap of nonrelated sectors and with taking into account this overlap. The method of channel utilization efficiency estimation has been further developed by generalized criterion of spectral and energy efficiency, by using the distance to the Shannon limit for each user radio link that allows finding the optimal strategy for radio access network planning. The efficiency of mobile network operation in conditions of peak load on the particular cells has been tested by the developed simulation model. This system allows to reduce the number of the iterations of the proposed load balancing algorithm. Also, the base stations allocation for 5G mobile network has been proposed to reduce the number of active macro- and micro-BSs in the network by successively excluding base stations and the assignment of serving BSs to individual users based on calculation of the weighted distance between the selected user and all the BSs in the network.Item Моделі та алгоритми спільного управління ресурсами в безпровідних гетерогенних мережах(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Масюк, Андрій Романович; Климаш, Михайло Миколайович; Національний університет «Львівська політехніка»; Лісовий, Іван Павлович; Скулиш, Марія АнатоліївнаДисертаційну роботу присвячено розв’язанню науково-технічного завдання підвищення ефективності функціонування безпровідної гетерогенної мережі та покращення якості обслуговування користувачів за рахунок удосконалення методу адаптивного вибору мережі радіодоступу і розроблення моделі спільного управління ресурсами з використанням технології оброблення великих об’ємів даних. Удосконалено метод вибору безпровідної мережі доступу в гетерогенному середовищі на основі застосування теорії нечітких множин. Розроблено імітаційну модель процесу функціонування гетерогенної мережі, яка автоматизує запропонований метод вибору вузла доступу на основі теорії нечітких множин та дає змогу здійснювати налаштування великої кількості параметрів моделювання, використовуючи допоміжні математичні моделі, зокрема для опису та прогнозування процесів руху користувачів. Розроблено модель для дослідження та підвищення продуктивності роботи гетерогенної мережі із використанням системи обробки великих даних. Запропоновано використання технологій обробки великих об’ємів даних для оптимального управління ресурсами в мобільних мережах. В роботі вперше розроблено комплексний метод гнучкого управління ресурсами в гетерогенній мережі, який включає в себе: статичне резервування ресурсів для певного типу сервісу в кожній з технологій, динамічне резервування ресурсів, аналіз пріоритетності користувачів, що дає змогу зменшити кількість незадоволених клієнтів. Даний метод дає змогу підвищити продуктивність гетерогенної мережі на 29%, в порівнянні з гомогенними мережами мобільного зв’язку. Диссертационная работа посвящена решению научно-технического задачи повышения эффективности функционирования беспроводной гетерогенной сети и улучшения качества обслуживания пользователей за счет совершенствования метода адаптивного выбора сети радиодоступа и разработки модели совместного управления ресурсами с использованием технологии обработки больших объемов данных. Усовершенствован метод выбора беспроводной сети доступа в гетерогенной среде на основе применения теории нечетких множеств. Разработана имитационная модель процесса функционирования гетерогенной сети, которая автоматизирует предложенный метод выбора узла доступа на основе теории нечетких множеств и позволяет осуществлять настройку большого количества параметров моделирования, используя вспомогательные математические модели, в частности для описания и прогнозирования процессов передвижения пользователей. Разработана модель для исследования и повышения производительности работы гетерогенной сети с использованием системы обработки больших данных. Предложено использование технологий обработки больших объемов данных для оптимального управления ресурсами в мобильных сетях. В работе впервые разработан комплексный метод гибкого управления ресурсами в гетерогенной сети, включающий в себя: статическое резервирование ресурсов для определенного типа сервиса в каждой из технологий, динамическое резервирование ресурсов, анализ приоритетности пользователей, что позволяет уменьшить количество недовольных клиентов. Данный метод позволяет повысить производительность гетерогенной сети на 29%, по сравнению с гомогенными сетями мобильной связи. The thesis is devoted to solving the scientific and technical task of increasing the efficiency of the wireless heterogeneous network operation and enhancing the quality of service for users by improving the method of adaptive selection of radio access network and developing a model for joint management of resources using the technology for Big Data processing. The method for selecting wireless access network in a heterogeneous environment based on the theory of fuzzy sets has been improved. This method allows for a centralized, well-founded decision to carry out a horizontal-vertical handover procedure based on a group of QoS-dependent criteria and criteria that depend directly on the properties of the radio interface of the network system. The method also enables decision-making rules, depending on different telecommunication conditions and network policies. A simulation model of the heterogeneous network has been developed. The model allows to automate investigation of the proposed method of selecting an access node based on the theory of fuzzy sets. The model enables configuration of a large number of simulation parameters using auxiliary mathematical models, in particular for describing and predicting user motion processes. A model for investigation and increasing the productivity of a heterogeneous network using a system of Big Data processing has been enhanced. It is proposed to use technologies of Big Data processing for optimal management of resources in mobile networks. For the first time, in this paper, a complex method of flexible resource management in a heterogeneous network has been developed, which includes: static reserving of resources for a certain type of service in each technology, dynamic resource reserving, analysis of priority of users, which allows to reduce the number of unsatisfied clients. This method makes it possible to increase the performance of a heterogeneous network up to 29% compared to homogeneous mobile communication networks.Item 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 ОлександровичДисертація 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.