Разработка моделей и методов минимизации сетевой задержки на фрагменте гибридной сети связи с использованием технологий искусственного интеллекта

Современный этап развития телекоммуникаций характеризуется экспоненциальным ростом объёмов данных и повышенными требованиями к обеспечению глобального и качественного доступа к информационным ресурсам. В этом контексте создание гибридных орбитально-наземных сетей связи является одним из ключевых направлений, что находит отражение в «Стратегии развития отрасли связи Российской Федерации на период до 2035 года», утвержденный распоряжением правительства РФ 3339-р от 24 ноября 2023 года. Такие сети призваны обеспечить надежное покрытие на всей территории страны, включая труднодоступные и стратегически важные регионы, такие как Арктическая зона. Однако, неотъемлемой особенностью спутникового сегмента таких гибридных сетей является значительная сетевая задержка. Этот фактор становится основным ограничением, которое существенно снижает качество обслуживания (QoS) для чувствительных ко времени приложений, таких как видеоконференцсвязь, передача телеметрических данных и сервисы реального времени. Сложность управления такими сетями усугубляется изменчивостью параметров каналов связи, что делает задачу минимизации задержки нетривиальной и требующей новых подходов. В этих условиях применение технологий искусственного интеллекта (ИИ) открывает перспективные возможности для адаптивного управления сетевыми ресурсами. Методы ИИ позволяют в реальном времени анализировать состояние сети, прогнозировать нагрузку и оптимизировать передачу данных, тем самым смягчая негативное влияние задержек. Таким образом, разработка моделей и методов минимизации сетевой задержки с использованием ИИ является актуальной и своевременной научно-технической задачей, имеющей важное значение для повышения эффективности гибридных сетей связи и реализации стратегических задач в области связи. Актуальность настоящего исследования обусловлена быстрым развитием спутниковых систем и ростом требований к качеству обслуживания в гибридных сетях связи. Объект исследования - спутниковый канал связи фрагмента гибридной орбитально-наземной сети связи. Предмет исследования - методы и алгоритмы уменьшения сетевой задержки. Цель диссертационной работы заключается в разработке и исследовании моделей и методов на основе технологий искусственного интеллекта, направленных на снижение сетевой задержки и повышение эффективности передачи данных в гибридных орбитально-наземных сетях связи. Теоретическая значимость работы заключается во вкладе в развитие теоретических основ управления гибридными сетями по трем ключевым направлениям: 1. Для теории систем массового обслуживания: предложены модели упреждающего управления, основанные на связке «прогноз нагрузки → динамическая приоритизация», и подходы к их аналитической оценке. 2. Для теории оптимизации сетей: предложена концептуальная модель, устанавливающая формальную связь между методами обработки графовых сигналов, эволюционной оптимизацией и теорией массового обслуживания для решения задач распределения ресурсов. 3. Для теории информации и кодирования: расширен класс моделей источников информации за счет введения графовой компоненты для описания данных с пространственно-временной структурой, что закладывает основу для разработки кодеков с совместной оптимизацией сжатия и маршрутизации. Практическая значимость работы подтверждается следующими результатами: 1. Разработан вычислительно эффективный метод прогнозирования и приоритизации трафика (на основе MLP), который в ходе натурных испытаний на опытном GEO-канале продемонстрировал возможность снижения средней задержки до 19,6% и потерь пакетов до 19,42%. 2. Обоснована высокая потенциальная эффективность гибридного подхода к оптимизации ресурсов (на основе GNN и эволюционных алгоритмов), подтвержденная результатами имитационного моделирования (снижение времени ожидания в очереди составило до 35,1%), что доказывает целесообразность дальнейших разработок в данном направлении. 3. Разработан и успешно реализован аппаратный прототип кодека сжатия данных без потерь (на основе ST-GNN), продемонстрировавший в ходе натурных экспериментов высокую устойчивость к деградации спутникового канала (рост времени передачи на 11% против 46% у GZIP), что подтверждает его практическую жизнеспособность.