Μετρήσεις χαρακτηρισμού και μοντέλα πρόβλεψης ποιότητας εμπειρίας (QoE) και ποιότητας υπηρεσιών (QoS) σε σύγχρονα ευρυζωνικά δίκτυα κινητών επικοινωνιών
Authors: Πήτας Χαράλαμπος 
Published: August 2021

Αντικείμενο μελέτης της διδακτορικής διατριβής είναι η θεωρητική και πειραματική έρευνα καινοτόμων μεθόδων και τεχνικών για τον χαρακτηρισμό και την πρόβλεψη της ποιότητας των παρεχόμενων υπηρεσιών σε σύγχρονα συστήματα κινητών τηλεπικοινωνιών. Γίνεται μια εισαγωγή στις σύγχρονες αρχιτεκτονικές των δημόσιων επίγειων κινητών δικτύων επικοινωνιών και τις παρεχόμενες κινητές υπηρεσίες τηλεφωνίας, βιντεο-τηλεφωνίας, πολυμέσων και υπηρεσιών διαδικτύου όπως μεταφορά αρχείων, πλοήγηση στο διαδίκτυο και το ηλεκτρονικό ταχυδρομείο. Αναλύονται κριτικά οι πολύ σημαντικοί δείκτες επίδοσης ποιότητας εμπειρίας χρήστη και ποιότητας υπηρεσιών δικτύου κινητών επικοινωνιών. Σε αυτό το σημείο αξίζει να τονίσουμε ότι για τον σκοπό της παρούσας έρευνας έγινε χρήση εξειδικευμένου εργαστηριακού εξοπλισμού και επιπλέον ότι διεξήχθησαν διεξοδικές επί το πεδίω (σε πραγματικά δίκτυα κινητών επικοινωνιών) μετρήσεις ποιότητας.Το κείμενο της διατριβής χωρίζεται σε δυο κύρια Μέρη:Στο Μέρος Ι, γίνεται μια εισαγωγή στα σύγχρονα δίκτυα κινητών επικοινωνιών GSM/GPRS/EDGE/UMTS/HSPA/LTE/LTE Adv. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι παρεχόμενες κινητές υπηρεσίες όπως η τηλεφωνία, η βιντεο-τηλεφωνία, οι υπηρεσίες πολυμέσων και βίντεο και οι υπηρεσίες κινητού διαδικτύου όπως η μεταφορά αρχείων χρήση πρωτοκόλλου FTP, η πλοήγηση σε ιστοσελίδες χρήσει πρωτοκόλου HTTP και η υπηρεσία ηλεκτρονικού ταχυδρομείου χρήσει πρωτοκόλλων SMTP/POP3/IMAP. Γίνεται ιδιαίτερη αναφορά στις έννοιες εμπειρία αντιλαμβανόμενης από τον χρήστη, ποιότητα εμπειρίας χρήστη και ποιότητα υπηρεσιών συστήματος/δικτύου. Έτσι, παρουσιάζονται σύγχρονοι αλγόριθμοι αντικειμενικής και υποκειμενικής αξιολόγησης ποιότητας φωνής, βίντεο, πολυμέσων και εν γένει υπηρεσιών δεδομένων διαδικτύου. Ειδικά για τις υπηρεσίες διαδικτύου, παρουσιάζονται αναλυτικά μοντέλα επίδοσης για τα δίκτυα κινητών επικοινωνιών. Στη συνέχεια, ορίζονται οι σημαντικοί δείκτες επίδοσης και σημειώνονται ειδικά θέματα συγκριτικής αξιολόγησης αυτών. Ως κεφάλαιο ιδιαίτερης σημασίας σε αυτό το τμήμα της διατριβής αποτελεί η περιγραφή του ειδικού και σύνθετου εξοπλισμού που χρησιμοποιήθηκε στα πλαίσια της έρευνας καθώς και η επιλογή των σεναρίων μετρήσεων. Διεξήχθησαν πολυάριθμες καμπάνιες μετρήσεων τόσο για την αξιολόγηση ορθής λειτουργίας του εξοπλισμού όσο και για τον χαρακτηρισμό ποιότητας των εν λειτουργία δημόσιων δικτύων κινητών επικοινωνιών.Στο Μέρος ΙΙ, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της ανάλυσης των δεδομένων μετρήσεων. Τα δεδομένα μετρήσεων που συλλέχθηκαν, αναλύθηκαν με προχωρημένες στατιστικές και υπολογιστικές μεθόδους αφού εισήχθησαν προηγουμένως σε σύνθετες γεωχρονικές βάσεις δεδομένων και προέκυψαν νέα μοντέλα. Η στατιστική ανάλυση των δεδομένων ενισχύθηκε με μεθόδους εύρωστης (αλεξιθόρυβης) βελτιστοποίησης. Πιο συγκεκριμένα προτείνονται προηγμένα μοντέλα πρόβλεψης ποιότητας βασισμένα σε μη γραμμική παλινδρόμηση. Επιπλέον, έγινε εφαρμογή σύγχρονων μεθόδων υπολογιστικής ευφυΐας και εξόρυξης γνώσης από δεδομένα μετρήσεων. Έτσι, προτείνονται μοντέλα πρόβλεψης ποιότητας με εφαρμογή αλγορίθμων κατηγοριοποίησης όπως δένδρα αποφάσεων, k-πλησιέστεροι γείτονες και τεχνητά νευρωνικά δίκτυα. Επιπρόσθετα, εξετάζεται η ασαφής λογική στην πρόβλεψη ποιότητας και προτείνονται μοντέλα βασισμένα σε συστήματα προσαρμοστικού νευροασαφούς συμπερασμού. Τα αποτελέσματα της έρευνας μπορούν να έχουν άμεση εφαρμογή στις διαδικασίες σχεδιασμού και βελτιστοποίησης ραδιοδικτύων πρόσβασης καθώς και να χρησιμοποιηθούν για τη συγκριτική αξιολόγηση επίδοσης των παρεχόμενων υπηρεσιών σε εν λειτουργία δημόσια δίκτυα κινητών επικοινωνιών.Στα πλαίσια της διατριβής εκπονήθηκε εκτεταμένη βιβλιογραφική έρευνα και ιδιαίτερα προτύπων, προδιαγραφών και συστάσεων από τους διεθνής τηλεπικοινωνιακούς οργανισμούς (ETSI, 3GPP, ITU-T/R, ECC) καθώς και σχετικών αποφάσεων ευρωπαϊκών και εθνικών ρυθμιστικών αρχών των τηλεπικοινωνιών. Τέλος, εξάχθηκαν ιδιαίτερα καινοτόμα αποτελέσματα που δημοσιεύτηκαν σε διεθνή περιοδικά και σε πρακτικά διεθνών συνεδρίων.