Аспирант НГТУ НЭТИ принял участие в создании модели для оптимизации проектирования и управления гибридными системами связи
Аспирант физико-технического факультета Новосибирского государственного технического университета НЭТИ Николай Шахов в составе международного научного коллектива участвовал в создании модели для оптимизации проектирования систем связи FSO/RF. Модель может применяться для анализа качества связи в любых сценариях, где требуется учитывать вариацию параметров среды.
Гибридные системы связи (FSO/RF), сочетающие преимущества технологий атмосферно-оптической связи (FSO) и радиосвязи (RF), особенно востребованы при разработке высокоскоростных и надежных телекоммуникационных решений для умных городов и промышленного интернета вещей. Атмосферно-оптическая связь обеспечивает высокоскоростную передачу больших объемов данных и значительно снижает затраты на инфраструктуру, тогда как радиосвязь гарантирует бесперебойную работу в неблагоприятных для FSO условиях, таких как туман, снегопад, потеря прямой видимости между узлами сети и т. п., отмечает Николай Шахов. При этом возникает потребность в инструментарии для оптимизации проектирования и управления гибридными системами с учетом специализированных механизмов переключения между RF и FSO каналами в зависимости от условий окружающей среды и требований приложений. В разработке указанного инструментария и заключалась задача.
Впервые для гибридных систем связи FSO/RF был предложен аналог модели Гилберта-Эллиотта (Gilbert-Elliott, GE), широко используемой при анализе систем радиосвязи. Как подчеркнул Николай Шахов, речь идет не о прямом аналоге модели GE: «Мы уделяем основное внимание выбору оптимального типа связи в зависимости от условий окружающей среды, учитываем задержки, вызванные оценкой качества канала и активацией резервного канала, поэтому предложенная модель содержит больше состояний. Соответственно, модель может применяться для анализа качества связи в любых сценариях, где требуется учитывать вариацию параметров среды, таких как смена погодных условий, потеря прямой видимости между приемником и передатчиком из-за мобильности пользователей».
В ходе исследования аспирант проводил аналитический обзор литературы по тематике FSO, включая анализ существующих моделей систем FSO, выявлял ограничения данных моделей, а также типовые подходы, используемые для разработки моделей FSO систем. «Кроме того, я участвовал в обсуждении и обосновании выбора аппарата цепей Маркова с непрерывным временем для новой модели гибридной FSO/RF связи, формировании ключевых параметров модели, а также исследовал задачи оценки эффективности гибридных систем с использованием предложенной модели», — рассказал Николай Шахов о своей части работы в данном проекте.
Полученные формулы для расчета вероятностей состояний систем гибридной связи позволяют разработать широкий спектр показателей оценки эффективности таких систем и оптимизировать их энергопотребление. Результаты исследования дают возможность оценивать эффективность гибридных систем связи в различных сценариях, находить компромисс между затратами системных ресурсов и производительностью системы, разрабатывать рекомендации по улучшению гибридных систем, в частности формировать требования к методам машинного обучения, лежащим в основе механизма динамического проактивного переключения между FSO и RF каналами.
В будущем планируется развитие модели с учетом конкретных приложений и практических сценариев за счет включения дополнительных факторов окружающей среды. К таким факторам можно отнести необходимость более строгого описания энергозатрат, стоимость передачи или потери информации, погодные условия, качества алгоритмов машинного обучения, используемые для принятия решения о переключении с одного типа связи на другой и т. д. Кроме того, перспективным направлением представляется разработка на основе предложенной модели методов оценки и оптимизации энергопотребления систем связи для широкого спектра приложений.