Διαχείριση γνωστικών συστημάτων επικοινωνιών
Authors: Δεμέστιχας Κωνσταντίνος 
Published: August 2021

Τα γνωστικά δίκτυα συνιστούν μία νέα πρόταση για την εξέλιξη των συστημάτων ασύρματων επικοινωνιών, από ετερογενή σύνολα διαφορετικών τεχνολογιών πρόσβασης σε ενοποιημένα, αυτόνομα συστήματα επικοινωνιών με επίγνωση περιβάλλοντος, ικανά να αντιλαμβάνονται, να προσαρμόζονται, να δρουν, να αντιδρούν και να μαθαίνουν. Η βασική αρχή λειτουργίας τους κινείται σε δύο άξονες: την αυτόνομη διαχείριση και την ευκαιριακή χρήση συχνοτήτων που μένουν αχρησιμοποίητες στο χώρο και στο χρόνο. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, χρησιμοποιείται ένα μοντέλο λειτουργίας των γνωστικών δικτύων, το οποίο αποτελείται από τρεις θεμελιώδεις λειτουργικές διαδικασίες: τη λειτουργία της επαίσθησης, τη λειτουργία της συλλογιστικής και τη λειτουργία της λήψης απόφασης. Στα πλαίσια της λειτουργίας της επαίσθησης, το γνωστικό σύστημα παρακολουθεί τις συνθήκες που διαμορφώνονται στο ραδιοπεριβάλλον του, όπως ακριβώς ένας βιολογικός οργανισμός παρατηρεί και «διαισθάνεται» το δικό του περιβάλλον. Έτσι, καθίσταται δυνατή η προσαρμογή του συστήματος στις παρατηρούμενες μεταβολές. Σκοπός της λειτουργίας της συλλογιστικής είναι η επεξεργασία των πρωτογενών δεδομένων που συλλέγονται μέσω της διαδικασίας της επαίσθησης, προκειμένου να προσδιοριστούν οι προσδοκώμενες επιδόσεις των υποψήφιων διαρθρώσεων, σε περίπτωση εφαρμογής τους. Ο απώτερος σκοπός ενός γνωστικού συστήματος είναι η επιλογή της καταλληλότερης διάρθρωσης για τη βέλτιστη ικανοποίηση των χρηστών του, κάτι που αποτελεί αντικείμενο της λειτουργίας της λήψης απόφασης. Οι παράμετροι που λαμβάνονται υπόψη σε μια τέτοια διαδικασία βελτιστοποίησης είναι τα δευτερογενή δεδομένα της συλλογιστικής λειτουργίας, η διάταξη των τερματικών, ο βαθμός κινητικότητάς τους και το φορτίο κίνησής τους, το κόστος αναδιάρθρωσης, καθώς και οι προδιαγεγραμμένοι κανόνες και πολιτικές. Η παρούσα διατριβή ασχολείται με το πρώτο και το τρίτο στρώμα του γνωστικού μοντέλου αναφοράς, δηλαδή με τις λειτουργίες της επαίσθησης και της λήψης απόφασης. Συγκεκριμένα, στο στάδιο της επαίσθησης, η παρούσα διατριβή υιοθετεί την ιδέα της αξιοποίησης των κινητών τερματικών ως κατανεμημένων αισθητήρων λήψης μετρήσεων επαίσθησης, με το γνωστικό σταθμό βάσης να λειτουργεί ως σημείο συγκέντρωσης και επεξεργασίας των επαισθητικών δεδομένων. Σε αυτήν τη βάση, προσδιορίζει και οριοθετεί το πρόβλημα της κλιμακωσιμότητας της λειτουργίας της επαίσθησης, ειδικά ως προς τη διαδικασία συγκέντρωσης των επαισθητικών μετρήσεων στο γνωστικό σταθμό βάσης. Εν συνεχεία, προχωρά στην ενδελεχή μελέτη της δυνατότητας κλιμάκωσης της διαδικασίας της επαίσθησης, για διάφορους τύπους ραδιοδιεπαφών μεταξύ τερματικών και σταθμού βάσης και εξετάζει την επίδραση μιας σειράς διαφορετικών παραμέτρων. Τέλος, προτείνει καινοτόμους αλγόριθμους χρονοπρογραμματισμού της διαδικασίας ενημέρωσης του σταθμού βάσης, εφαρμόσιμους στις περιπτώσεις που συμμετέχουν σε αυτήν πολλαπλά τερματικά, με απώτερο στόχο την επίτευξη ενός ικανοποιητικού συμβιβασμού μεταξύ του βαθμού χρησιμοποίησης των διαθέσιμων ραδιοπόρων και της ταχύτητας συλλογής των επαισθητικών δεδομένων. Όσον αφορά το στάδιο της λήψης απόφασης, η παρούσα διατριβή προτείνει έναν ευφυή αλγόριθμο βέλτιστης επιλογής διαρθρώσεων για τους γνωστικούς σταθμούς βάσης, ο οποίος συνυπολογίζει το είδος και τις δυνατότητες των υποψήφιων διαρθρώσεων, το αιτούμενο φορτίο κίνησης, τη χωρική διάταξη των τερματικών, το κόστος αναδιάρθρωσης και άλλες παραμέτρους, επιτυγχάνοντας μια πολύπλευρη αξιολόγηση των υποψήφιων διαρθρώσεων σε τομείς όπως το ποσοστό κάλυψης, η χωρητικότητα χρηστών, η χωρητικότητα μετάδοσης, η υποστήριξη κινητικότητας και το κόστος. Εν συνεχεία, επεκτείνει τον προτεινόμενο αλγόριθμο βελτιστοποίησης ενσωματώνοντας μια λειτουργία ευφυούς ιεράρχησης των κριτηρίων επίδοσης. Τέλος, προχωρά στην εξαγωγή, το σχολιασμό και την αξιολόγηση αποτελεσμάτων εκτέλεσης του προτεινόμενου αλγορίθμου.