Μοντέλα διαστρωματικών αρχιτεκτονικών για την παροχή διατερματικής ποιότητας των παρεχόμενων υπηρεσιών στα ετερογενή ασύρματα δίκτυα τέταρτης γενιάς
Authors: Λυκουργιώτης Ασημάκης 
Published: September 2021

Η ραγδαία εξάπλωση των κυψελοειδών δικτύων κινητής τηλεφωνίας είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία νέων καταναλωτικών αναγκών και απαιτήσεων που σε συνδυασμό με τη διείσδυση των τεχνολογιών του διαδικτύου οδήγησε στη σημερινή πραγματικότητα της διάδοσης πληθώρας κινητών συσκευών όπως ευφυή κινητά τηλέφωνα, φορητοί υπολογιστές, ταμπλέτες κ.α. Παράλληλα, εξαπλώθηκαν και τα ασύρματα τοπικά δίκτυα, λόγω του σημαντικού ρυθμού μετάδοσης δεδομένων που υποστηρίζουν με ιδιαίτερα χαμηλό κόστος εξοπλισμού. Έγινε γρήγορα λοιπόν αντιληπτό, ότι για να εξυπηρετηθούν οι αυξανόμενες ανάγκες του κοινού γύρω από τις τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες θα μπορούσαν να συνδυαστούν οι δύο αυτοί τύποι δικτύων. Μάλιστα, τα δίκτυα αυτά έχουν συμπληρωματικά χαρακτηριστικά, καθώς τα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας έχουν μεγαλύτερο εύρος κάλυψης σε σχέση με τα τοπικά, αλλά με κόστος τον χαμηλότερο ρυθμό μετάδοσης δεδομένων και τον ακριβό εξοπλισμό. Ο συνδυασμός αυτών των δύο τύπων δικτύων σε ένα νέο ετερογενές δίκτυο αποτελεί αντικείμενο εκτεταμένης έρευνας, τόσο από την επιστημονική κοινότητα όσο και από τη βιομηχανία. Ο τελικός στόχος μιας τέτοιας ενοποίησης θα είναι και η συνεχής και αδιάλειπτη πρόσβαση στο διαδίκτυο. Σε ένα τέτοιο δίκτυο ο κινητός χρήστης θα πρέπει λοιπόν να μπορεί να αλλάζει σημείο πρόσβασης καθώς το διατρέχει, χωρίς να αντιλαμβάνεται διακοπές στην παρεχόμενη ποιότητα υπηρεσίας, ανεξαρτήτως της ασύρματης τεχνολογίας την οποία χρησιμοποιεί. Η διαδικασία η οποία είναι υπεύθυνη για αυτόν το σκοπό είναι η διαχείριση κινητικότητας και η μελέτη της έχει λάβει σημαντικό μέρος της ερευνητικής προσπάθειας με την έλευση των ετερογενών δικτύων. Σκοπός της είναι να επιτύχει την υλοποίηση της ενοποίησης όλων των δικτύων σε μια καθολική αρχιτεκτονική βασισμένη στο διαδίκτυο. Ταυτόχρονα, θα πρέπει να διαχειρίζεται με ιδιαίτερη ταχύτητα και ευφυΐα και τη διαδικασία αλλαγής σημείου πρόσβασης, η οποία καλείται και μεταπομπή. Η σχεδίαση, υλοποίηση και εξάπλωση ενσύρματων δικτύων, που οδήγησε τελικώς στο διαδίκτυο μέσω της ενοποίησής τους, οφείλει πολλά στην κατηγοριοποίηση των λειτουργιών τους σε στρώματα σύμφωνα με το μοντέλο αναφοράς διασύνδεσης ανοικτών συστημάτων. Με τον τρόπο αυτό, δημιουργήθηκαν σαφώς ορισμένες διεπαφές, οι οποίες περιορίζουν συγκεκριμένες πληροφορίες εντός συγκεκριμένων στρωμάτων στις οποίες τα υπόλοιπα στρώματα δεν έχουν πρόσβαση, αρκούμενα στις υπηρεσίες που τους παρέχονται από τα γειτονικά στρώματα. Δυστυχώς, αυτή η προσέγγιση δεν είναι παραγωγική για τα ασύρματα δίκτυα και ιδιαίτερα στην περίπτωση της διαδικασίας της μεταπομπή, η οποία για να είναι ταχεία και αποδοτική απαιτεί τον συγχρονισμό όλων των εμπλεκομένων στρωμάτων. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μόνο μέσω διαστρωματικών αρχιτεκτονικών, όπου πλήθος πληροφοριών κυρίως του στρώματος ζεύξης γίνονται διαθέσιμες στα ανώτερα στρώματα. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετάται σε βάθος η απόδοση της μεταπομπής, αλλά υπό το πρίσμα των πολυμεσικών εφαρμογών, καθώς αυτό είναι και το τελικό ζητούμενο. Η μελέτη αυτή χρησιμοποιεί διαστρωματικές αρχιτεκτονικές για τη βελτιστοποίηση της μεταπομπής, συγχρονίζοντας τη με την κατάσταση του στρώματος ζεύξης. Μάλιστα, μελετάται, προτείνεται και υλοποιείται αλγόριθμος, ο οποίος ενορχηστρώνει τη διαδικασία από το στρώμα ζεύξης έως και το στρώμα εφαρμογής. Ταυτόχρονα, εστιάζοντας στα ετερογενή δίκτυα μελετάται, προτείνεται και υλοποιείται μηχανισμός ιεράρχησης των διαφόρων δικτύων βάσει των υφιστάμενων δικτυακών συνθηκών, με σκοπό να προβλεφθεί η ποιότητα της εμπειρίας του κινητού χρήστη και να γίνει τελικά η επιλογή της βέλτιστης λύσης. Σημαντικό στοιχείο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι ότι η υλοποίηση των παραπάνω αλγορίθμων και μηχανισμών δεν περιορίζεται μόνο σε επίπεδο προσομοιώσεων αλλά επεκτείνεται και σε πρότυπο εξομοιωτή δικτύου τέταρτης γενιάς στα πλαίσια ευρωπαϊκού ερευνητικού προγράμματος. Οι υλοποιήσεις αυτές ελέγχθηκαν επισταμένως από την ευρωπαϊκή επιτροπή για την υψηλή τους απόδοση ενώ το ίδιο το έργο βαθμολογήθηκε με άριστα.