Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Исследование и анализ свойств гетерогенных когнитивных сетей доступа 27
1.1 Процессы управления телекоммуникационными сетями и системами с возможностью реконфигурации 27
1.2 Исследование свойств когнитивных систем связи 31
1.3 Анализ особенностей радиоустройств с программируемыми параметрами 39
1.4 Взаимодействие абонентского устройства с гетерогенными сетями доступа 48
1.5 Анализ процесса вертикального хэндовера 52
1.6 Стандартизация процедуры вертикального хэндовера 56
1.7 Анализ методов принятия решения о межсистемном вертикальном хэндовере и выборе целевой сети 61
1.8 Способы получение информации для принятия решения о межсистемном вертикальном хэндовере 71
1.9 Выводы по главе 1 78
Глава 2. Разработка обобщенной модели анализа гетерогенных когнитивных сетей доступа с межсистемным вертикальным хэндовером 81
2.1 Основные положения обобщенной модели анализа гетерогенных когнитивных сетей доступа 81
2.2 Разработка обобщенной модели анализа гетерогенной когнитивной сети с межсистемным вертикальным хэндовером 86
2.3 Разработка обобщенной модели отношений между сетевыми узлами 92
2.4 Модель сигнальных сообщений при межсистемном вертикальном хэндовере в гетерогенных когнитивных сетях доступа 97
2.5 Модель обмена сигнальными сообщениями в гетерогенных когнитивных сетях доступа 104
2.6 Выводы по главе 2 111
Глава 3. Разработка моделей для анализа взаимодействия абонентского устройства с гетерогенными когнитивными сетями доступа 113
3.1 Модель для анализа процесса получения информации абонентским устройством о доступных сетях 113
3.2 Модель для анализа аутентификации абонентского устройства в целевой широкополосной сотовой сети 120
3.3 Модель для анализа подключения абонентского устройства к целевой широкополосной сотовой сети 125
3.4 Модель для анализа получения абонентским устройством информации о доступности когнитивных сетей 129
3.5 Модель для анализа аутентификации, авторизации и подключения абонентского устройства к когнитивной сети 135
3.6 Модель для анализа создания сеанса связи в целевой сети с когнитивными технологиями 139
3.7 Выводы по главе 3 145
Глава 4. Разработка моделей и методов анализа характеристик гетерогенных когнитивных сетей доступа при межсистемном вертикальном хэндовере 147
4.1 Выбор метода для оценки времени доступа к целевой сети при межсистемном вертикальном хэндовере 147
4.2 Метод оценки времени межсистемного вертикального хэндовера абонентского устройства в целевую широкополосную сотовую сеть 152
4.3 Метод оценки времени межсистемного вертикального хэндовера абонентского устройства в когнитивную сеть доступа 166
4.4 Модель для анализа состояний гетерогенной когнитивной сети при межсистемном вертикальном хэндовере 176
4.5 Прогноз состояний гетерогенной когнитивной сети при межсистемном вертикальном хэндовере 183
4.6 Выводы по главе 4 199
Глава 5. Разработка методов принятия решения по выбору сети при межсистемном вертикальном хэндовере 203
5.1 Метод формирования оценок по метрикам для выбора сети при межсистемном вертикальном хэндовере 203
5.2 Экспертное формирование рейтингов доступных сетей для предоставления услуг пользователю 210
5.3 Разработка метода принятия решения о выборе целевой сети по одной метрике 214
5.4 Выводы по главе 5 221
Глава 6. Разработка предметно-ориентированной онтологии когнитивной сети IEEE 802.22 223
6.1 Определение состава и особенностей предметно-ориентированной онтологии 223
6.2 Определение таксономии предметной области 230
6.3 Разработка предметно-ориентированной онтологии и правил логического вывода для когнитивной сети IEEE 802.22 236
6.4 Методические рекомендации по использованию результатов диссертационной работы 252
6.5 Выводы по главе 6 261
Заключение 263
Список сокращений и условных обозначений 266
Список литературы 277
Приложение А. Документы, подтверждающие внедрение основных результатов диссертационной работы 328
- Процессы управления телекоммуникационными сетями и системами с возможностью реконфигурации
- Разработка обобщенной модели анализа гетерогенной когнитивной сети с межсистемным вертикальным хэндовером
- Метод оценки времени межсистемного вертикального хэндовера абонентского устройства в целевую широкополосную сотовую сеть
- Методические рекомендации по использованию результатов диссертационной работы
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Начиная с 2000-х годов происходит смена экономической парадигмы в рамках Четвертой промышленной революции, осуществляется переход к «цифровой экономике» и Industry 4.0, что приводит к появлению новых компонентов инфокоммуникаций, таких как Интернет вещей, «умный город», «умное производство», «умный дом», интеллектуальные транспортные системы, «умная распределенная генерация» (smart grid), беспилотный авиа- и автотранспорт, телемедицина и технологии дополненной реальности. Отмеченные тенденции, наряду с бурным развитием беспроводных технологий передачи, объективно привели к появлению новых системно-технических свойств сетей доступа, а именно гетерогенности, взаимного перекрытия зон обслуживания и когнитивности.
Гетерогенность означает наличие в данной зоне обслуживания нескольких сетей доступа, использующихся по единому функциональному назначению, но при этом относящихся к различным системам связи, отличающихся методами кодирования и передачи сигналов электросвязи, способами маршрутизации, протоколами идентификации, авторизации и аутентификации пользователей. Примером является сосуществование широкополосных сотовых сетей, прежде всего сетей 4G/LTE и беспроводных высокоскоростных локальных сетей, например WiFi.
Взаимное перекрытие зон обслуживания предусматривает, что ячейки или соты беспроводных сетей одновременно функционируют на одном и том же участке поверхности, включая здания, иные сооружения и окружающее их пространство.
Когнитивность означает способность средства связи получать и использовать знания об окружающих сетях и доступных ресурсах, адаптировать рабочие характеристики согласно полученным знаниям, динамически изменять аппаратно-программную конфигурацию, автономно принимать решения о выборе сети для предоставления услуг пользователю. Таким образом, современные и будущие сети доступа можно рассматривать не только как мультисервисные и всепроникающие, но и как гетерогенные когнитивные сети.
Используя свойства гетерогенности, взаимного перекрытия зон
обслуживания и когнитивности, пользователь с современным
многорежимным абонентским радиоустройством, оснащенным
несколькими радиомодулями, может в данной точке пространства
выбирать наиболее подходящую сеть доступа для предоставления услуг с
качеством лучшим, чем в текущей сети. Это особенно важно для
беспилотных наземных и воздушных транспортных средств, для
интеллектуальных транспортных систем и систем безопасности, для
телемониторинга, для мобильных пользователей, которым
предоставляются услуги реального времени. Здесь существенное значение
имеет время, за которое абонентское устройство в данной точке
пространства может перейти в выбранную целевую сеть, особенно при
обслуживании трафика пользователя, критичного к задержкам при
переключении. В результате возникает научная задача, связанная с
исследованием межсистемного вертикального хэндовера (Vertical
Handover, VHO) и связанных с ним возможностей эффективного использования абонентских устройств для предоставления услуг связи.
Под межсистемным VHO в широком смысле понимается переход
абонентского устройства для продолжения обслуживания пользователя из
ячейки/соты текущей сети в целевую сеть без изменения местоположения
устройства, но с изменением параметров передачи на физическом и
канальном уровне, выполнением аутентификации и авторизации
абонентского устройства в целевой сети. Использованию межсистемного
VHO способствует появление радиоустройств с программируемыми
параметрами SDR (Software Defined Radio), позволяющих реализовать
свойства когнитивности, например, при использовании временно
свободных фрагментов радиочастотного спектра (РЧС) путем
динамического доступа. Примером является стандарт когнитивного радио
ISO/IEEE 802.22 для построения региональных беспроводных
широкополосных сетей доступа с использованием временно незанятых каналов телевизионного вещания.
В гетерогенных когнитивных сетях с межсистемным VHO эффективность использования абонентских устройств с функциями SDR достигается выбором целевой сети, в большей степени удовлетворяющей показателям качества предоставления услуг, чем текущая сеть и с сохранением непрерывности предоставления услуг в процессе перехода в целевую сеть. Непрерывность предоставления услуг обеспечивается с помощью предварительной оценки времени переключения абонентского устройства для определения критичности услуги к возможной задержке.
Актуальность темы исследования обусловлена необходимостью проведения научного анализа гетерогенных когнитивных сетей доступа при межсистемном VHO на основе междисциплинарного подхода,
предусматривающего совокупное использование методов анализа
характеристик сетей при межсистемном VHO, методов принятия решений при выборе целевой сети, методов формализации представления знаний и фактов о правилах работы абонентских устройств в когнитивных сетях.
Разработанность темы исследования. Значительный вклад в фундаментальные и прикладные исследования вопросов формирования и обслуживания телетрафика мультисервисных сетей, в том числе на сетях доступа подвижных и фиксированных систем связи, внесли работы отечественных ученых Г. П. Башарина, Ю. В. Гайдамаки, В. А. Ивницкого, А. Н. Назарова, В. А. Наумова, К. Е. Самуйлова, С. Н. Степанова, А. П. Пшеничникова, А. Д. Харкевича, М. А. Шнепс-Шнеппе, зарубежных исследователей F. Baskett, V.B. Iversen, F. Kelly, L. Kleinrock.
В области научно-технических разработок, касающихся цифровых
сетей связи следующего поколения, беспроводных сетей,
программируемых систем и качества их работы, Интернета вещей большое значение имеют теоретические и практические результаты, полученные
A. Н. Берлиным, В. В. Бутенко, В. М. Вишневским, Б. С. Гольдштейном,
С. В. Кулешовым, А. Е. Кучерявым, В. Г. Карташевским, Н. С. Мардером,
B. А. Нетесом, В. И. Нейманом, А. В. Росляковым, H. A. Соколовым,
К. И. Сычевым, Ю. М. Туляковым, В. О. Тихвинским, О. Н. Шелухиным,
Ю. С. Шинаковым, С. Я. Шоргиным, Г. Г. Яновским. Концепция SDR была
впервые предложена J. Mitola, когнитивные системы связи и методы
динамического доступа к РЧС изучены в работах A. Dutta, S. Haykin,
E. Hossain, O. Holland, V. Mishra, N. Passas.
Научные и технические результаты, касающиеся проблемы влияния хэндовера на качество услуг для сетей UMTS, приведены С. М. Аксеновым в диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, повышение скорости передачи данных в сетях GSM на принципах когнитивного радио рассмотрены В. В. Родионовым в диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, проблемы динамического распределения РЧС рассмотрены Д. В. Ошмариным в диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, методы принятия решения для когнитивного радио рассматривались Э. Китчером в диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, алгоритмы обнаружения сигналов в когнитивных радиосетях рассматривались Д. Д. Стояновым в диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.
В представляемой диссертационной работе, в отличие от известных,
проводится анализ и исследование гетерогенных когнитивных сетей доступа при обслуживании абонентского устройства, прежде всего, на сетевом уровне и уровнях выше согласно модели взаимосвязи открытых систем (ВОС). Многорежимное абонентское устройство на основе информации из единого источника самостоятельно и автономно осуществляет выбор целевой сети, после чего осуществляет межсистемный VHO. Анализируются все этапы межсистемного VHO, а именно: получение информации о доступных сетях и их рейтинге, выбор целевой сети, организация безопасного соединения, аутентификация, получение сетевого идентификатора, начало сеанса связи и предоставления услуг в целевой сети. Рейтинг целевых сетей определяется с учетом экспертной оценки соответствия характеристик типового пользователя и метрик, характеризующих рабочие характеристики и показатели обслуживания целевой сети. Проводится онтологический анализ когнитивных сетей доступа стандарта IEEE 802.22 и разрабатывается предметно-ориентированная онтология для управления доступом к РЧС на основе знаний и правил логического вывода.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются
гетерогенные когнитивные сети доступа. Предметом исследования
являются процессы взаимодействия абонентского устройства с
гетерогенными когнитивными сетями доступа.
Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы
является разработка принципов совершенствования и развития
беспроводных сетей связи на основе применения гетерогенных когнитивных сетей доступа.
Достижение сформулированной цели осуществляется путем решения перечисленных ниже задач.
-
Комплексный анализ и исследование перехода многорежимного абонентского устройства в выбранную целевую сеть доступа с помощью межсистемного VHO, включая получение информации о доступных сетях, выбор целевой сети, организацию безопасного соединения, аутентификацию, получение сетевого идентификатора и организация сеанса связи в целевой сети.
-
Разработка обобщенной модели и метода описания сигнальных сообщений между сетевыми узлами при межсистемном VHO.
-
Разработка схемы реализации обобщенной модели и методов оценки времени переключения абонентского устройства из высокоскоростной беспроводной локальной сети в широкополосную
сотовую сеть при межсистемном VHO.
-
Разработка схемы реализации обобщенной модели и метода оценки времени переключения абонентского устройства из широкополосной сотовой сети в когнитивную сеть связи при межсистемном VHO.
-
Разработка метода анализа состояния когнитивной сети доступа с учетом межсистемного VHO из широкополосной сотовой сети.
-
Разработка метода рейтингования доступных сетей по метрикам и методов принятия решения о выборе целевой сети с помощью экспертных оценок соответствия услуг пользователя и технических возможностей доступных ему сетей.
-
Разработка предметно-ориентированной онтологии и модели для представления знаний об использовании каналов когнитивной сети стандарта IEEE 802.22.
-
Разработка методических рекомендаций по применению разработанных моделей и методов в гетерогенных когнитивных сетях.
Научная новизна работы состоит в следующем.
-
Определено новое направление развития сетей беспроводного доступа – гетерогенные когнитивные сети, отличающееся от существующих программно-определяемыми параметрами абонентского устройства для доступа к требуемой сети, в том числе на основе обработки и представления знаний.
-
Предложен новый тип хэндовера – межсистемный вертикальный хэндовер (Vertical Handover, VHO), включающий организацию безопасного соединения и получение информации о доступных сетях, выбор целевой сети для перехода, аутентификацию и идентификацию абонентского устройства, организацию сеанса связи в целевой сети, отличающийся от существующих функционально полным описанием процесса VHO для применения в гетерогенных когнитивных сетях.
-
Разработана обобщенная модель и метод описания сигнальных сообщений при межсистемном VHO, совокупно учитывающие отношения между сетевыми узлами и отличающиеся тем, что позволяют формализовать основные виды сообщений, используемые при межсистемном VHO, вне зависимости от особенностей протоколов сигнализации на сетях доступа.
-
Разработан метод оценки времени переключения абонентского устройства при межсистемном VHO из беспроводной локальной сети в широкополосную сотовую сеть связи, позволяющий определить возможность сохранения непрерывности предоставления услуг,
отличающийся от существующих учетом задержки, вносимой выбором целевой сети, необходимой аутентификацией и организацией сеанса связи.
-
Разработан метод оценки времени переключения абонентского устройства при межсистемном VHO из широкополосной сотовой сети в когнитивную сеть, позволяющий определить возможность сохранения непрерывности предоставления услуг, отличающийся от существующих учетом задержки, вносимой обнаружением и подтверждением наличия канала, свободного от работы устройств первичных пользователей радиочастотного спектра.
-
Разработан метод анализа состояния когнитивной сети доступа, позволяющий прогнозировать количество сеансов связи и отличающийся от существующих методов учетом влияния межсистемного VHO и определением граничных условий переходов.
-
Предложены методы выбора целевой сети при межсистемном VHO, осуществляющиеся с помощью рейтингования доступных сетей по одной или нескольким метрикам, отличающиеся тем, что используют единую базу оценок и учитывают соответствие технических возможностей сетей условиям предоставления услуг пользователю.
-
Впервые разработана предметно-ориентированная онтология, позволяющая представить знания о порядке использования каналов на примере когнитивной сети стандарта IEEE 802.22.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость диссертационной работы состоит, прежде всего, в определении новой совокупности системно-технических свойств сетей доступа в виде гетерогенности, когнитивности и взаимного перекрытия зон действия, а также предложенным комплексом методов анализа этих сетей в процессе взаимодействия с абонентским устройством, автономным в отношении выбора целевой сети доступа. Существенным теоретическими результатом является обобщенная модель, метод описания сигнальных сообщений и обмена сообщениями при межсистемном VHO с помощью задания отношений на множестве пар сетевых узлов. К теоретически значимому результату можно отнести разработку метода прогноза состояния когнитивной сети доступа с использованием многомерных цепей Маркова, метод рейтингования целевых сетей с применением единой базы оценок для принятия решения о переключении в целевую сеть, новую предметно-ориентированную онтологию для представления знаний о свойствах когнитивной сети связи IEEE 802.22.
Практическая значимость диссертационной работы состоит в
применении полученных методов для решения задач, имеющих важное хозяйственное значение, а именно:
повышение качества обслуживания пользователя без изменения его местоположения путем предоставления технической возможности перехода на обслуживание в доступную сеть, рейтинг обслуживания которой для данного типа пользователя выше рейтинга текущей сети;
поддержка непрерывности предоставления услуг на этапе выбора целевой сети путем сравнения допустимой задержки передачи трафика услуг пользователя с временем, которое требуется абонентскому устройству для перехода на обслуживание в выбранную сеть;
предотвращение помех работе радиоэлектронных средств первичных пользователей радиочастотного спектра за счет оперативного изменения параметров работы абонентского устройства в когнитивной сети на основе использования знаний, фактов и правил логического вывода.
Полученные теоретические и практические результаты использованы в научно-исследовательских проектах, поддержанных РФФИ, направленных на разработку научных основ, вероятностных моделей и методов анализа вероятностно-временных характеристик беспроводных сетей Интернета вещей и сетей пятого поколения, выполненных в Российском университете дружбы народов (РУДН), г. Москва, где автору диссертационной работы принадлежит разработка обобщенной модели обмена сигнальными сообщениями и её реализаций для описания процессов взаимодействия абонентских устройств с гетерогенными когнитивными сетями доступа, что подтверждено соавторством в научных статьях. Результаты диссертационной работы внедрены в рамках процессов управления и технической эксплуатации Поволжского филиала ПАО «Мегафон» для оценки технических возможностей и рабочих характеристик телекоммуникационной инфраструктуры при реализации взаимодействия между широкополосными сотовыми сетями и беспроводными высокоскоростными локальными сетями с помощью многорежимного абонентского устройства, в Тульском филиале ПАО «Ростелеком» для управления развитием сетей фиксированного широкополосного беспроводного радиодоступа в удаленных сельских районах, в компании ИК «СИБИНТЕК» при перспективном планировании развития цифровых средств связи для сбора больших данных и организации телекоммуникационной инфраструктуры промышленного «интернета вещей», в компании АО «Группа компаний Старт» при
создании сертифицированной автоматизированной системы расчетов за услуги электросвязи АСР «СТАРТ», в компании ООО «Тринидата» (г. Екатеринбург) при проведении работ по созданию предметно-ориентированных онтологий в интересах организаций различных отраслей народного хозяйства, в учебном процессе Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики при разработке учебно-методических комплексов, подготовке магистров техники и технологии, аспирантов.
Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач
использовались методы теории множеств, теории вероятностей, теории
массового обслуживания и теории телетрафика, теории принятия решений,
методы онтологического анализа и имитационно-статического
моделирования.
Основные положения работы, выносимые на защиту.
-
Показано, что межсистемный VHO в гетерогенных когнитивных сетях включает этапы получения информации о доступных сетях, выбор целевой сети, организацию безопасного соединения, аутентификацию, получение сетевого идентификатора и организацию сеанса связи в целевой сети на основе структурно-функционального моделирования.
-
Показано, что разработанная обобщенная модель и метод описания сигнальных сообщений позволяют формализовать отношения между сетевыми узлами и упорядочить описание видов сигнальных сообщений при межсистемном VHO с помощью задания отношений на множествах.
-
Доказано, что для обеспечения непрерывности предоставления услуг связи в гетерогенных когнитивных сетях при межсистемном VHO требуется оценивать задержку передачи трафика, равную времени переключения абонентского устройства в целевую сеть.
-
Доказано, что для обеспечения непрерывности предоставления услуг связи в гетерогенных когнитивных сетях требуется оценивать задержку передачи трафика, равную времени переключения абонентского устройства в когнитивную сеть, а при использовании только когнитивной технологии для непрерывности предоставления услуг требуется оценивать время доступа к каналу передачи.
-
Доказано, что для организации связи в когнитивной сети доступа с учетом межсистемного VHO требуется осуществить анализ и прогноз количества сеансов связи.
-
Показано, что рейтингование сетей для выбора целевой сети при
межсистемном VHO может быть выполнено по метрикам с использованием единой базы оценок на основе метода экспертной оценки предпочтений и производного BL(MM) критерия.
7. Показано, что предметно-ориентированная онтология позволяет представить знания о порядке использования каналов в когнитивной сети стандарта IEEE 802.22.
Достоверность полученных результатов подтверждается
корректным применением математического аппарата, имитационным моделированием, а также широким обсуждением результатов диссертации на международных и отечественных конференциях.
Апробация результатов. Основные положения диссертационной
работы были представлены и обсуждались на следующих конференциях и
семинарах: на X, XI, XII, XIII, XIV, XV, XVII, XVIII, XIX международных
конференциях «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций»
(Самара, 2009; Уфа, 2010; Казань, 2011; Уфа, 2012; Самара, 2013; Казань,
2014; Самара, 2016; Казань, 2017; Уральск, 2018), на международной
научной конференции «Технико-экономические проблемы инжиниринга в
России, Узбекистане, Украине» (Самара, 2011), на конференции
«Телекоммуникационные и вычислительные системы» в рамках
Международного форума информатизации МФИ-2011 (Москва, 2011), на
международных отраслевых научно-технических конференциях
«Технологии информационного общества» (Москва, 2012–2015), на XI
международной научно-технической конференции «Приборостроение в
XXI веке. Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2015),
на 19-й, 20-й международных конференциях «Распределенные
компьютерные и телекоммуникационные сети: управление, вычисление,
связь» DCCN-2016 и DCCN-2017 (Москва, 2016; Москва, 2017), на
XIV Международной научно–технической конференции «Оптические
технологии в телекоммуникациях» ОТТ-2016 (Казань, 2016), на
31-й Европейской конференции по симуляции и моделированию ECMS
(Будапешт, 2017), на 9-м Международном конгрессе по современным
телекоммуникациям и системам управления ICUMT (Мюнхен, 2017), на
международной научной конференции «Аналитические и вычислительные
методы в теории вероятностей и её приложениях» АВМТВ (Москва, 2017),
на международной научно-технической конференции
«Телекоммуникационные и вычислительные системы» (Москва, 2017), на
всероссийских конференциях (с международным участием)
«Информационно-телекоммуникационные технологии и математическое
моделирование высокотехнологичных систем» (Москва, 2011-2013), на
российской научно-практической конференции «Отраслевая система
инноваций. Путь в цифровое будущее» (Самара, 2013), на российских
научных конференциях профессорско-преподавательского состава,
аспирантов и сотрудников Поволжского государственного университета
телекоммуникаций и информатики (Самара, 2008-2018), на региональном
семинаре МСЭ для стран СНГ «Интернет Вещей и будущие сети связи»
(Санкт-Петербург, 2017), на научно-технической конференции
«Росинфоком–2017» (Самара, 2017).
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 50 опубликованных работах, в том числе в 16 работах, опубликованных в журналах из перечня ВАК при Министерстве образования и науки Российской Федерации; в 1 работе, опубликованной в трудах, индексируемых Web of Science; в 2 работах, опубликованных в трудах, индексируемых в Web of Science и Scopus; в 1 работе, опубликованной в трудах, индексируемых Scopus.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации 336 страниц, включая 51 рисунок, 20 таблиц, список литературы из 455 наименований. В приложении приведены акты внедрения и использования результатов диссертационной работы.
Личный вклад. Результаты диссертационной работы получены автором самостоятельно, модели и методы анализа, алгоритмы и онтология разработаны при его единоличном или преобладающем участии, а также под его научным руководством. Направления исследований диссертационной работы, формулировки проблем и постановки задач обсуждались с научным консультантом проф. А. В. Росляковым, что отражено в совместных публикациях, в которых основные результаты и их обоснование принадлежат автору.
Соответствие паспорту специальности. Диссертационное
исследование выполнено по специальности 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций и соответствует следующим пунктам паспорта специальности: 5, 9, 12.
Процессы управления телекоммуникационными сетями и системами с возможностью реконфигурации
Одним из важных аспектов развития современных телекоммуникационных сетей и систем являются разнообразные методы и способы интеллектуального управления параметрами, эксплуатационными настройками и техническими характеристиками. Этому способствует повсеместное применение программного управления с помощью загружаемой компьютерной программы или с помощью постоянно хранимого программного обеспечения. В сочетании с использованием программируемых логических интегральных схем, существует техническая возможность обеспечить гибкие настройки рабочих параметров элементов сети связи, прежде всего абонентских устройств. В результате управление современными системами и средствами связи можно рассматривать прежде всего, как информационное, а не как исключительно командное (сигнальное) воздействие на характеристики объекта управления для достижения целей управления. Под системой связи в данном случае понимается упорядоченная совокупность методов, правил, протоколов технических и программных средств в их взаимосвязи и взаимодействии, обеспечивающих передачу информации в электронной форме.
Характеристики объекта управления формализуются и описываются с помощью информационных моделей управления услугами, сетями, элементами сети. С учетом интеллектуализации систем управления за счет методов машинного обучения, искусственного интеллекта, процессы управления сетями следующего поколения и сетями будущего можно характеризовать как информационно-управляющие процессы [33; 34]. Результатом управления является целенаправленное изменение значений контролируемых параметров и характеристик в рамках принятой стратегии или отдельных тактик (политик) управления на основе полученной информации и знаний [28].
Информационно-управляющие процессы представляет собой совокупность целенаправленно осуществляемых элементарных воздействий на объекты управления с использованием сервисов управления. Сервис управления есть способ осуществления элементарного воздействия, доступный пользователю системы управления. Элементарное воздействие состоит в процедуре обмена информацией между управляющим и управляемым объектами для изменения состояния одного объекта в отношении другого объекта или для изменения знаний (сведений) объектов в отношении друг друга в рамках когнитивного цикла «наблюдение - анализ - планирование (гипотеза) - принятие решений - действие - обучение» (Observe - Orient - Plan - Decide - Act - Learn) [248].
Информационная составляющая процесса управления включает необходимое информационное обеспечение процессов, включая кодификаторы и идентификаторы в рамках информационной модели, применяемые процедуры обработки данных, форматы и наборы данных, признаки, указывающие на содержание и последовательность обмена управляющей информацией.
Управляющая составляющая процесса управления предполагает описание характера воздействия на объект управления для реализации соответствующей функции управления, в особенности, если данная функция задается в виде правила или последовательности правил. Под правилом здесь понимается количественное, логическое или качественное описание преобразования входной информации в выходную. При этом правила могут описываться различными способами: от продукционных правил до баз знаний по управлению, искусственного интеллекта и самообучающихся систем.
Одним из важнейших свойств современных систем и средств связи является возможность их адаптации к изменяющимся условиям эксплуатации, внешним и внутренним воздействиям в процессе реконфигурации сетей и систем связи [195; 206; 257]. Под адаптацией [111] далее понимается упорядоченный процесс изменения значения параметров конфигурации телекоммуникационных ресурсов в их системном единстве для достижения цели управления. Принимая во внимание положения ГОСТ Р ИСО 10007-2007, под конфигурацией понимаются взаимосвязанные функциональные (логические) и физические характеристики сети и/или сетевых элементов (элементов сети), которые установлены требованиями к проектированию, верификации, эксплуатации этого элемента [21; 27; 39; 47]. Соответственно, под реконфигурацией понимается упорядоченное в пространстве и времени изменение указанных выше функциональных (логических) и физических характеристик сети и/или сетевых элементов для адаптации.
Понятия конфигурации и реконфигурации можно применять к телекоммуникационным ресурсам, которые согласно рекомендации МСЭ-Т М.3100, разделяются на физические и логические. К физическим ресурсам относится оборудование сетей, линий, средств и сооружений связи; к логическим ресурсам, как правило, относится программное обеспечение, которое применяется в электросвязи. К логическим ресурсам также можно отнести используемое адресное пространство, системы нумерации и идентификации пользователей услуг связи [91].
Адаптация и реконфигурация осуществляется в соответствии с критериями, которые определяются абонентским устройством (терминалом) и/или сетью связи с учётом способа предоставления необходимой пользователю услуги или пакета услуг электросвязи, текущих и прогнозируемых значений сетевых параметров, норм и правил эксплуатации телекоммуникационного оборудования, требований к надежности и безопасности телекоммуникаций. Одним из способов адаптации является изменение пользователем обслуживающей или текущей сети и/или оператора связи на сеть, чьи показатели обслуживания лучше, в рамках концепции «Always Best Connection», ABC [169; 218; 237]) либо более приемлемы такие показатели как энергоэффективность, время работы на текущем заряде аккумулятора.
Параметры контроля и управления конфигурацией и реконфигурацией могут изменяться в зависимости от типа элемента сети, типа сети связи, вида телекоммуникационного ресурса, стадии жизненного цикла ресурса. На стадии верификации проводится установка значений параметров эксплуатации и их сравнение с проектными либо нормативно установленными значениями. На стадии эксплуатации проводится настройка значений параметров, например, гарантированной скорости передачи, приоритетов пользователей по доступу к каналам сети. Особо следует отметить установку значений параметров, характеризующих качество обслуживания, что особенно важно в сетях с пакетной коммутацией. К таким параметрам относятся доступность сети для подключения, задержка пакетов при передаче, потери пакетов, допустимые перерывы сеанса связи. Указанные параметры, применительно к задачам обеспечения качества связи, можно рассматривать как параметры состояний, характеризующие соответствие объекта управления требованиям по качеству обслуживания заявок пользователя.
Общесистемный подход к решению задач управления конфигурацией (configuration management) обеспечивается стандартами управления открытыми системами. С учётом положений Рекомендации МСЭ-Т Х.700, в телекоммуникациях выделяются следующие следующих взаимосвязанные задачи:
- Классификация и идентификация телекоммуникационных ресурсов.
- Сбор, хранение и предоставление данных о значениях параметров телекоммуникационных ресурсов.
- Контроль соответствия параметров конфигурации условиям предоставления услуг.
- Способы принятие решений об изменении конфигурации.
- Изменения действующей конфигурации.
Задачи классификации, идентификации, сбора, хранения и предоставления данных о телекоммуникационных ресурсах были рассмотрены в [38; 46]. Управление конфигурацией и процессом реконфигурации в части анализа сетей предусматривает исследование параметров телекоммуникационных ресурсов на предмет обеспечения требуемого качества услуг и соответствия техническим возможностям организации связи с требуемым качеством предоставления услуг. В результате анализа определяется целесообразность, способы и методы изменения текущей конфигурации для достижения цели управления конфигурацией. Это относится, в частности, к подключению абонентского устройства к различным сетям доступа; появление нового устройства по сути есть реконфигурация рассматриваемой сети доступа. Внесение изменений в действующую конфигурацию осуществляется согласно нормам, правилам, регламентам технического обслуживания и эксплуатации. В целом под реконфигурируемыми адаптируемыми системами связи следует понимать системы, чьи взаимосвязанные функциональные и физические характеристики могут быть временно и обратимо изменены в процессе использования по назначению как реакция на воздействие внешних или внутренних событий, а также изменение условий предоставления услуг связи. Рассмотрим далее состояние и развитие реконфигурируемых систем связи на примере когнитивных систем связи.
Разработка обобщенной модели анализа гетерогенной когнитивной сети с межсистемным вертикальным хэндовером
Обобщенная модель для анализа гетерогенной когнитивной сети с межсистемным VHO разрабатывается на основе формализованного представления состава и структуры системы в виде описания связей и отношении между её компонентами - сетевыми узлами. Взаимодействие между разнородными сетями осуществляется прежде всего посредством агента такого взаимодействия в виде ММР. Можно сказать, что абонент с устройством ММР является не только пользователем, но и оператором процесса обмена информацией в гетерогенных когнитивных сетях доступа, поскольку обладает технической возможность перераспределять трафик услуг между разнородными сетями, принадлежащими различным операторам связи и дифференцировать таким образом доступ к ресурсам доступных сетей. Обобщенная модель для анализа гетерогенной когнитивной сети включает описание групп сигнальных сообщений, необходимых для реализации межсистемного VHO, состояний, связей и отношений между сетевыми узлами. На рисунке 2.1 применяется графическое представление обобщенной модели для анализа гетерогенной когнитивной сети с межсистемным VHO с указание функционально-необходимых отношений и связей между сетевыми узлами с учетом их функций в рамках модели.
С учетом сделанных замечаний, в рамках обобщенной модели сетевые узлы могут осуществлять сбор, обработку и перенаправление (ретрансляцию) сообщений сигнализации; сетевой элемент, выполняющий функции ММР, обрабатывает только оконечные сообщения сигнализации. Информационные сигналы и сообщения ИУУ в рамках информационно-управляющих процессов также рассматриваются как сообщения сигнализации. В целом предлагаемая обобщенная модель включает описание упорядоченных по целям и задачам связей между элементами системы (узлами) с учетом их отношений и с помощью функциональных групп сигнальных сообщений; функции отдельных элементов модели предполагаются известными наперед [19; 45; 60; 61; 64].
Связь между объектами в модели означает возможность обмена функционально-упорядоченными группами сигнальных сообщений и(или) отдельными сообщениями, причем группа сообщений и отдельное сообщение имеет определенное содержание (контекст) и его обработка приводит к существенному или несущественному изменению состояния сетевого узла и сетевого элемента. Существенным считается изменение, значимое с точки зрения обмена между ассоциированными узлами. Несущественным считается изменение, значимое только в пределах данного сетевого узла и элемента. Детализация модели предусматривает разбиение групп сообщений на отдельные сигнальные сообщения.
Необходимость выделения групп сигнальных сообщений требуется для описания поведения объектов модели и связанных с этим поведением задержек обработки сигнальных сообщений. Поведение системы в целом обусловлено совокупным поведением её сетевых узлов и сетевых элементов. Иначе говоря, поступление сигнального сообщения интерпретируется сетевым узлом или сетевым элементом как команда на обработку данных. Обработка данных, в свою очередь, связана с задержкой и эта задержка является компонентом совокупного времени межсистемного вертикального VHO.
В рамках обобщенной модели функции сетевых узлов и сетевых элементов состоят в формировании, передаче и обработке сигнальных сообщений, относящихся к различным группам на рисунке 2.1. При этом функции информационно-управляющего узла (ИУУ) состоят в предоставлении ММР информации о доступных сетях для межсистемного VHO в зоне обслуживания абонента. Узлы (серверы) авторизации, аутентификации и сетевой идентификации предназначены для обеспечения правомочного, защищенного и подконтрольного доступа ММР к ресурсам целевой сети с учетом применяемых политик, методов и средств обеспечения информационной безопасности и защиты передаваемой информации. В рамках обобщенной модели сообщения этих узлов также рассматриваются как сигнальные.
Состояние (I) «Предоставление услуг связи в текущей сети доступа» используется в модели для описания начального состояния ММР. Состояние (I) характеризуется нулевой задержкой, вносимой обработкой информации ММР, поскольку процесс межсистемного VHO еще не начался.
Группа сигнальных сообщений (1) «Запрос к ИУУ о доступных сетях» используется в модели для описания сообщений между объектами, касающихся организации безопасного сеанса связи ММР с ИУУ и передачи запроса на получение информации о доступных сетях для межсистемного VHO. Группа (1) инициируется, если для состояния (I) возникают внешние сигналы окружающей среды и(или) внутренние сигналы, результаты обработки которых со стороны ММР или сетевых узлов показывают, что существующие показатели обслуживания пользователя не соответствуют требуемому качеству оказания услуг связи.
Группа сигнальных сообщений (2) «Получение информации о доступных сетях» применяется для описания сообщений, с помощью которых ИУУ передает ММР рейтингованный т.е. «взвешенный» список сетей для межсистемного VHO. Рейтинг или «вес» опреляется экспертной оценкой соответствия сетей доступа оказывать услуги связи с требуемым качеством для данного типа пользователя. Рейтингование доступных сетей для межсистемного VHO осуществляется ИУУ вне зависимости от того, поступило ли сигнальное сообщение (1) от данного ММР и может включать рейтинг текущей сети пользователя. В результате ММР использует уже существующий рейтинг сетей на момент обращения к ИУУ; период обновления рейтинга доступных сетей может быть сравним с усредненным периодом длительности сеанса связи и уточняется по мере накопления данных статистических наблюдений и опыта эксплуатации [295; 313].
Таким образом, время рейтингования доступных сетей не оказывает влияния на время межсистемного VHO. В целом группа сообщений (2) формирует управляющее воздействие для обеспечения целенаправленного поведения устройства ММР в части выбора или отказа от выбора требуемой сети доступа для межсистемного VHO.
Состояние (II) «Принятие ММР решения о VHO и выбор целевой сети» используется в модели для описания процесса обработки информации для принятия ММР решения о выборе одной из доступных сетей для межсистемного VHO с учетом рейтинга. Здесь ММР запускает алгоритм выбора целевой сети с учетом полученного от ИУУ рейтинга. Результатом является выбор из списка сети для межсистемного VHO, активизация интерфейсов требуемой радиотехнологии доступа, а также самореконфигурация программно-аппаратных средств ММР, если это необходимо для использования когнитивных технологий.
Группа сообщений (3) «Аутентификация и безопасное подключение к целевой сети» применяется в модели для описания обработки сигнальных сообщений, с помощью которых ММР получает правомочный доступ к ресурсам целевой сети. Указанные сообщения включают:
- обработку сигнальных сообщений узлами (серверами) для аутентификации и авторизации ММР в целевой сети;
- обработку сигнальных сообщений для подключения ММР к доступному радиоканалу (полосе частот), в том числе с использованием когнитивных технологий.
В обобщенной модели допускается обработка сигнальных сообщений промежуточным узлом при ретрансляции путем добавления/удаления заголовков сообщений (пакетов), инкапсуляции и деинкапсуляции в сообщения нижнего уровня согласно модели ВОС, однако время этой обработки в сравнении с общим временем межсистемного VHO считается несущественным и далее детально не исследуется.
Метод оценки времени межсистемного вертикального хэндовера абонентского устройства в целевую широкополосную сотовую сеть
Для оценки времени межсистемного VHO в целевую широкополосную сотовую сеть используется реализация обобщенной модели анализа гетерогенной когнитивной сети в разделах 3.1-3.3. Для оценки времени межсистемного VHO предлагается модель СеМО [150,234], состоящая из 9 сетевых узлов, каждому из которых присвоен идентификационный номер в соответствии с порядком обмена сигнальными сообщениями в указанных выше схемах как это показано на рисунке 4.1.
Сигнальные сообщения, передаваемые между узлами, соответствуют в математической модели заявкам, сетевые узлы и сетевой элемент ММР соответствуют узлам открытой неоднородной сети массового обслуживания СеМО.
Совокупное время задержки обслуживания заявки в рассматриваемой СеМО соответствует задержке при переходе в целевую сеть и определяется средним временем межсистемного VHO.
Далее множество сетевых узлов и элементов сети обозначается как М,]Ц = 9.Пусть входящий поток заявок на межсистемный VHO из WLAN в сеть LTE является пуассоновским; время обслуживания заявок на каждом из узлов распределено экспоненциально со средним bi = jut\ / = 1,М, не зависящим от класса заявки.
Множество узлов в рассматриваемой постановке задачи разбито на два подмножества M=MjUM2. Множество Mj={/} включает в себя узлы типа М/М/ х , а множество М2={П,....Х} объединяет узлы типа М/М/1/оо с дисциплиной обслуживания FCFS. Интенсивность поступающего потока обозначается как Я0, а интенсивность обслуживания поступающих заявок на узлах СеМО обозначается как jut, где /е(М1иМ2).
Среднее время задержки обслуживания заявки пользователя на первом узле составляет ju[ , а на остальных узлах с дисциплиной FCFS равно (щ -\) , где Д общая интенсивность входящего потока заявок, поступающих на 1-й узел. В процессе межсистемного VHO сигнальные сообщения передаются между узлами по схеме на рисунке 4.1. Условие равновесия для сети с очередями на рисунке 4.1. выглядит следующим образом (см. формулу (4.1)):
Узел S-GW (VI) при межсистемном VHO используется 4 раза, что указано в знаменателе шестого слагаемого в формуле (4.1), но для учета суммарного времени пребывания в узле необходимо суммировать задержку обработки только сообщений (28), (34), (32), т.к. обслуживание сообщений (36) и (37) не оказывают влияния на общее время процесса доступа. В предлагаемой модели допускается, что после обслуживания сообщения (35) на узле P-GW (VII) одновременно генерируются (36) и (38) сообщения, из которых только обслуживание (38) дает вклад в общее время задержки.
Следует отметить, что время обслуживания сообщений (24), (25) и (27) отличается от временных показателей для других сообщений, например, время обслуживания сигнальных сообщений (24) и (25) на практике определяется таймером Т300 в диапазоне от 100 до 2000 мс. Кроме того, время обслуживания сообщения (27) обусловлено количеством узлов eNB на сети 3GPP LTE. Указанные временные интервалы выделяются в формуле (4.3) в виде отдельных слагаемых. Тогда среднее время межсистемного VHO будет равно среднему времени пребывания заявки в СеМО. С учетом сделанных замечаний окончательно расчетную формулу для оценки среднего времени пребывания заявки в СеМО, А согласно схеме на рисунке 4.1 можно определить по формуле (4.3):
С помощью формулы (4.3) далее рассчитывается средняя длительность пребывания заявки в неоднородной экспоненциальной СеМО на рисунке 4.1, что эквивалентно оценке времени межсистемного VHO в процессе доступа абонентского устройства ММР к ресурсам гетерогенной когнитивной сети. Количество узлов в схеме может меняться, но это не нарушает целостности предлагаемого метода, поскольку на гетерогенных сетях доступа указанное количество узлов остается фиксированной и наперед известной величиной.
Примем, что максимальный процент абонентских устройств ММР, которым в зоне обслуживания не доверенной WLAN требуется подключение к сети 3GPP LTE (доверенный доступ) составляет, по крайней мере, 10%. Каждый запрос на межсистемный VHO приводит к появлению по крайней мере 40 сигнальных сообщений. Средняя длительность обслуживания сигнального сообщения на рисунке 4.1 составляет величины в таблице 4.1.
Для некоторых узлов автором сделаны предположения методом «по аналогии», поскольку состав функций сетевых узлов примерно одинаков. Если предположения автора о средней длительности обслуживания сигнальных сообщений на выделенных узлах не подтверждаются по результатам измерений, то это не влияет на целостность метода, а изменяет значение оценок, что является допустимым и предварительно указанным свойством рассматриваемого метода. Как следует из выражения (4.3), существует зависимость между временем межсистемного VHO и интенсивностью запросов на VHO. Следует отметить, что при нулевом значении интенсивности запросов на межсистемный VHO нет необходимости использовать ANDSF, и в этой начальной точке среднее время межсистемного VHO будет равно 462 мс; эту оценку следует интерпретировать как среднюю задержку обслуживания заявок, не относящихся к VHO и вносимые узлами сети LTE в смысле условия равновесия (4.1). Предлагаемый метод позволяет получить оценку времени межсистемного VHO в широкополосную сотовую сеть, согласно графику на рисунке 4.2
Анализ графика на рисунке 4.2 показывает, что при интенсивности запросов на межсистемный VHO от 0 до 150 за 1 минуту, время межсистемного VHO возрастает от 462 мс до 1 с. В случае, если интенсивность запросов на межсистемный VHO становится более 150, то это приводит к более существенному возрастанию времени VHO от 1 с до 4 с. С точки зрения предоставления современных услуг связи можно считать приемлемой для потоковых сервисов задержку не более 1 с [406]. Поэтому для обеспечения приемлемого времени межсистемного VHO целесообразно использовать, к примеру, ограничение по количеству запросов на межсистемный VHO.
Независимо проведенное имитационное моделирование [217] для межсистемного VHO в близком к рассматриваемому случаю WiFi - 3G (GPRS) дало оценку задержки, вносимой таким переходом, в случае учета предпочтений пользователя при выборе целевой сети в 5000 мс, а для варианта выбора целевой сети на основе балансировки нагрузки были получены значения времени от 309 158 мс до 495 мс, что позволяет говорить о независимом подтверждении результатов на рисунке 4.2 с учетом различия в архитектуре сетей 3G и 4G.
Далее для получения вероятностной оценки времени межсистемного VHO из сети WLAN в сеть 3GPP LTE дополнительно используется метод, учитывающий наличие фонового трафика. Для сохранения единства модели введенная выше нумерация абонентского устройства ММР, узлов и шлюзов сети 3GPP LTE сохраняется, а именно: UE (узел I), ANDSF (узел II), ePDG (узел III), Е UTRAN (узел IV), ММЕ (узел V), S-GW (узел VI), P-GW (узел VII), hPCRF (узел VIII) и HSS/AAA (узел IX). Используемый метод подразумевает, что поток обслуживаемых в каждом узле сигнальных сообщений будет разбит на два непересекающихся, но сосуществующих в один и тот же момент времени два независимых потока трафика. Один поток трафика далее будет условно обозначен как основной, другой поток трафика будет условно обозначен как фоновый поток; потоки считаются независимыми. Основной поток трафика формируют сигнальные сообщения, относящиеся к цепочке сигнальных сообщений в рамках текущей заявки на межсистемный VHO. Фоновый поток трафика формируется за счет сигнальных сообщений, не относящихся к обслуживанию текущей заявки на межсистемный VHO; это могут быть сообщения других заявок на различных стадиях обслуживания, как это следует из рисунка 4.1.
В рамках рассматриваемого метода поток сигнальных сообщений, представленный на рисунках 3.3-3.6, образует цепь, которая включает для рассматриваемого случая К=39 различных состояний сетевых узлов, связанных с обслуживанием поступающей заявки. Обслуживание узлом поступившей заявки на к — й фазе в многофазной СМО с числом фаз К соответствует в физической модели обслуживанию сигнального сообщения устройством, сетевым узлом и последовательную передачу этого сигнального сообщения следующему элементу сети.
Следует отметить, что в контексте межсистемного VHO в рамках системы связи в целом, состояния отдельных сетевых узлов можно рассматривать как микросостояния, последовательное изменение которых приводит к качественному изменению состояния абонентского устройства ММР и системы связи в целом.
Под микросостоянием следует понимать результат воздействия сигнального сообщения, состоящий в запуске процесса исполнения сетевым узлом требуемой функции обработки сигнального сообщения и появлением на выходе необходимого запроса, подтверждения или индикации на выходе. Таким образом, изменение микросостояние узла сопровождается изменением обслуживаемой нагрузки, количества заявок в очередях на входе и выходе узла.
Первое по порядку микросостояние, которое является начальным в цепи сообщений К, соответствует началу обслуживания сообщения (1) на узле UE (I) согласно схеме на рисунке 4.1. Финальным состоянием является завершение обслуживания сообщения (40) на том же самом узле UE (І). В рассматриваемой процедуре организации межсистемного VHO WLAN - LTE согласно схеме обмена сигнальными сообщениями, после сообщения (35) допускается, что одновременно могут передаваться ответные сообщения (36) и (38). Можно считать, что сигнальные сообщения (36) и (37) существенно не влияют на время задержки перехода абонентского устройства в целевую сеть при организации межсистемного VHO; это время задержки определяется успешным обслуживанием сообщения (38). В то же время, следует признать, что сообщения (36) и (37) создают дополнительный трафик, поступающий соответственно на сетевые узлы ММЕ, P-GW, S-GW.
Методические рекомендации по использованию результатов диссертационной работы
В диссертационной работе сделан обоснованный вывод о том, что в настоящее время гетерогенные когнитивные сети доступа используются для организации передачи оконечного трафика с помощью различных RAT, систем авторизации, и аутентификации, политик обслуживания и QoS [379]. Технические возможности абонентского устройства ММР (в т.ч. SDR), применяемого для реализации Интернет вещей, беспилотного наземного и воздушного транспорта [408] позволяют переключать трафик авторизованного должным образом пользователя по различным целевым сетям, если это не создает помех работе других средств и сетей связи. При этом радиочастотный спектр используется пользователями на лицензионной и нелицензионной основе. Порядок доступа и использования РЧС пользователями на лицензионной и нелицензионной основе определяется законодательными и нормативно-правовыми актами уполномоченного органа государственной исполнительной власти в области организации использования РЧС, с учетом требований по обеспечению электромагнитной совместимости устройств РЭС и предотвращению воздействий, препятствующих штатному функционированию РЭС первичных (лицензионных) пользователей РЧС.
В рамках диссертационной работы в гетерогенных когнитивных сетях доступа предлагается использовать межсистемный VHO для перехода ММР из текущей в целевую сеть доступа для любых RAT, которые поддерживаются ММР, и в общем случае, с аутентификацией ММР в целевой сети доступа.
При использовании предложенных моделей и методов анализа гетерогенных когнитивных сетей доступа рекомендуется определить следующие функциональные роли:
- пользователь гетерогенных когнитивных сетей - физическое или юридическое лицо, правомочное использующее сертифицированное ММР или иное РЭС с функциями организации доступа к гетерогенным когнитивным сетям для приема и передачи трафика различных служб электросвязи;
- оператор гетерогенной когнитивной сети доступа - юридическое лицо, которое обеспечивает эксплуатационно-техническое управление гетерогенной когнитивной сетью, в том числе управление конфигурацией устройств ММР и иных РЭС с аналогичными свойствами; организует возможность установления соединения между пользователями гетерогенных когнитивных сетей доступа и транспортными сетями; организует доступ пользователей ММР или иных РЭС к ИУУ;
- поставщик прикладных сервисов - обеспечивает поддержку ИУУ в части функции ANDSF и менеджера РЧС; предоставляет доступ к программным приложениям для выбора сети при межсистемном VHO; предоставляет возможность использования правил, машины логического вывода, динамического обновления онтологии; поддерживает необходимые протоколы и настройки для системы авторизации и аутентификации, в том числе с использованием перспективной единой системы идентификации средств связи.
При использовании предложенных моделей и методов анализа гетерогенных когнитивных сетей доступа допускается, что перечисленные функциональные роли могут совпадать. Для поддержки прикладных сервисов, в том числе предлагаемых аналитические моделей и методов, целесообразно использовать «облачные» вычислительные технологии, использующие распределенную обработку данных,
Использование предложенных моделей и методов анализа гетерогенных когнитивных сетей доступа предусматривает применение ММР различной вычислительной мощности, включая устройства SDR с различным диапазоном изменений конфигурации, а также РЭС, способных поддерживать только когнитивную технологию.
Результаты диссертационной работы в части разработанной обобщенной модели обмена сигнальными сообщениями используются на уровне сети связи. Результаты диссертационной работы в части аналитических методов используются на ИУУ с учетом результатов обработки данных мониторинга сетевых узлов. Результаты диссертационной работы в части процедур принятия решения используются на ИУУ и ММР, а в части использования онтологии - на ИУУ и ММР.
Для использования предложенных моделей и методов анализа гетерогенных когнитивных сетей доступа, целесообразно, чтобы абонентское средство связи ММР и базовая станция сети доступа (средство связи) поддерживало следующие информационно-технологические сервисы и службы:
- геопозиционирование (определение местонахождения) устройства с минимальной точностью до 50 метров с помощью спутниковых сетей ГЛОНАСС/GPS или методами триангуляции;
- зондирование, в том числе прием широковещательной передачи, РЧС для определения факта работы РЭС, радиосетей с определением идентификаторов и стандартов радиосетей;
- авторизованную (доверенную) и безопасную передачу информации о конфигурации программно-аппаратного обеспечения и профиле услуг пользователя по запросу ИУУ или авторизованного корреспондирующего узла;
- программно-аппаратное конфигурирование в том числе самоконфигурирование;
- поддержка внешнего управления, в том числе функция 3GPP «С управлением по времени»;
- доступность средства связи для внешнего мониторинга;
- возможность непосредственной связи с другими устройствами в режиме ad-hoc сети, в том числе в режиме передачи коротких сообщений.
Для использования предложенных моделей и методов анализа гетерогенных когнитивных сетей доступа устройство ММР должно иметь возможность запрашивать ИУУ о наличии доступных сетей для межсистемного VHO по известным IP-адресам или обращаться к соответствующим службам оператора связи или осуществлять поиск поставщика прикладных сервисов для получения сетевого идентификатора ИУУ. Оператор связи или поставщик прикладных сервисов должны обеспечить безопасный удаленный доступ к ИУУ, возможность обнаружения ИУУ, поддержку авторизации запросов ММР для получение данных ИУУ.
Устройство ММР, базовые станции (точки) доступа, ИУУ и необходимые сетевые узлы (шлюзы) должны поддерживать общую информационную модель управления для обеспечения функциональной совместимости и организации обмена сигнальными сообщениями с применением сервисов модели ВОС, необходимых атрибутов описания средств связи и отношений между ними.
Целесообразно, чтобы устройство ММР обладало программной конфигурацией, позволяющей обеспечивать начальную загрузку приложений из доверенных источников, в том числе архитектуру начальной загрузки сети GBA, поддерживать протоколы безопасности ЕАР и IKE, протокол https, аутентификацию и авторизацию по протоколам DIAMETER и RADIUS с возможностью взаимной аутентификации ММР и узлов авторизации целевой сети с учетом такие атрибуты авторизации, ка как роли.
Применение рассмотренных и, возможно, дополнительных, протоколов и технологий обеспечения безопасности необходимо для обеспечения конфиденциальности и целостности, в том числе передаваемых сигнальных сообщений, безопасного использования доверенных и недоверенных объектов в виде сетей доступа и средств связи, а также защиты сквозных данных (например, учетных данных) от раскрытия транзитными или промежуточными объектами (например, сетевыми узлами ретрансляции).