РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ РЕСУРСНЫХ СИСТЕМ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОВМЕСТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БЕСПРОВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПЯТОГО ПОКОЛЕНИЯ СО СТАНДАРТОМ 3GPP NEW RADIO

В рамках проекта были проведены фундаментальные исследования в части развития моделей систем массового обслуживания (СМО) с переменными коэффициентами скоростей для анализа показателей эффективности передачи эластичного трафика в беспроводных сетях и разработки моделей выгрузки сессий 5G Новое радио (New Radio, NR) в нелицензированные частоты миллиметрового и терагерцового диапазонов. За время проведения работ по проекту в 2020–2022 гг. были получены следующие новые научные результаты: – разработана модель обслуживания эластичных сессий в современных беспроводных сетях в виде СМО с ожиданием, случайными коэффициентами скоростей и сигналами, при поступлении которых меняются коэффициенты скоростей. Коэффициенты скоростей в модели позволяют учитывать разную производительность радиоканала в зависимости от используемой модуляционно-кодовой схемы, а сигналы – изменения качества канала в результате мобильности пользователей; – проведен приближенный анализ модели со случайными коэффициентами скоростей через аппроксимацию случайного списка случайным псевдосписком. Составлена система уравнений равновесия, позволяющая получать стационарное распределение и вероятность потери заявки численными методами. Было показано, что инфинитезимальная матрица может быть представлена в блочно-трехдиагональном виде; – показано, что время ожидания и обслуживания в рассматриваемой системе имеет фазовое распределение. Поведение системы с момента прихода конкретной заявки до ее ухода было описано марковским процессом с поглощающим состоянием. Получено преобразование Лапласа-Стилтьеса времени пребывания заявки в системе и его моменты. В рамках работ по разработке и анализу моделей выгрузки сессий 5G NR в нелицензированные частоты миллиметрового и терагерцового диапазонов получены следующие результаты; – разработанная на предыдущем этапе выполнения проекта модель функционирования системы NR-U (NR-Unlicensed) с совместным использованием лицензированных и нелицензированных частот была модифицирована для учета особенностей терагерцового диапазона, ключевая из которых – кратковременные прерывания связи из-за т.н. микромобильности (малых смещений и вращений устройства, возникающих даже в статичном положении пользователя). – помимо рассмотренной на первом этапе выполнения проекта базовой стратегии выгрузки, при которой выгрузка в нелицензированный диапазон осуществляется при нехватке ресурсов для обслуживания сессии в лицензированном, сформулированы две дополнительные стратегии, т.н. «толстая» и «тонкая» стратегии. При использовании «толстой» стратегии выгружаются преимущественно «тяжелые» сессии, требующие большой объем ресурсов для обслуживания, а при «тонкой» - наоборот, преимущественно «легкие» по объему требуемых ресурсов. Для каждой из стратегий проведена модификация исходной модели, описывающий обслуживание сессий в лицензированном диапазоне, получены формулы для расчета распределения требований выгружаемых заявок к ресурсам; – проведен сравнительный анализ предложенных стратегий выгрузки с точки зрения основных показателей эффективности системы: вероятности блокировки сессии и вероятности снижения скорости передачи в нелицензированном диапазоне ниже предельно допустимого уровня. Численный анализ показал, что в диапазоне параметров системы, соответствующих развертыванию таких систем в плотной городской среде, наилучшую эффективность обеспечивает «тонкая» выгрузка. Все разработанные алгоритмы были доведены до программной реализации, которые были включены в комплекс программ исследования современных информационно-телекоммуникационных систем.