شماره مدرك
19998
شماره راهنما
17266
پديد آورنده
سميعي فرد، سياوش
عنوان
بررسي روشهاي بهبود كيفيت سرويسدهي در سرويسهاي با قابليت اطمينان بالا و تأخير كم در شبكههاي نسل پنجم و بعد از آن
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
شبكه هاي مخابراتي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1403
صفحه شمار
سيزده، 75ص. :مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
تأخير كم , قابليت اطمينان بالا , URLLC , يادگيري ماشين , 5G , اينترنت اشيا
تاريخ ورود اطلاعات
1403/09/17
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي برق
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات
1403/09/17
كد ايرانداك
23045184
چكيده فارسي
چكيده
ارتباطات فوق ايمن با تأخير كم (URLLC) يك كلاس خدمات كليدي از نسل پنجم و نسلهاي بعدي از شبكههاي سلولي را تشكيل ميدهد. در اين تحقيق، ابزارهاي آماري و روشهاي مفيد براي تجزيهوتحليل سيستمهاي مبتني بر URLLC بررسي و مقايسه ميشوند. موضوعات مورد بررسي شامل نظريه قابليت اطمينان، ارتباطات بسته كوتاه، ابزارهاي ارزيابي ريسك، شبيهسازي رويدادهاي نادر، تئوري صف و تازگي اطلاعات و يادگيري ماشين است. كاربردهاي بالقوه URLLC شامل شبكه هوشمند، سيستمهاي صوتي، سيستمهاي حملونقل هوشمند، اتوماسيون صنعتي، واقعيت افزوده، صنعت سرگرمي و سلامت الكترونيك است. در URLLC، قابليت اطمينان اغلب بهعنوان احتمال انتقال موفقيتآميز يك واحد داده در يك دوره زماني مشخص تعريف ميشود. قابليت اطمينان و تأخير ذاتاً با هم مرتبط هستند و توانمندسازهاي فناوري URLLC اغلب ميتوانند بهعنوان كاهشدهنده تأخير يا ارتقاي قابليت اطمينان طبقهبندي شوند. تأخير را ميتوان عمدتاً با استفاده از كدهاي كوتاه و فواصل زماني انتقال، محاسبات و برش لبه، پروتكلهاي سربار محدود و دسترسي چندگانه غيرمتعامد بهبود بخشيد. در همين حال، سطوح قابليت اطمينان بالا را ميتوان با بهرهبرداري از تكنيكهاي متنوع مانند اتصال چندگانه، تكثير دادهها، پروتكلهاي درخواست تكرار خودكار و سيستمهاي چند ورودي و چند خروجي و همچنين كدگذاري با طول بلوك محدود افزايش داد. نظريه قابليت اطمينان ابزارهاي مختلفي را براي مدلسازي و تحليل سيستمهاي URLLC فراهم ميكند. اين ابزارها شامل توابع ساختاري، مدلهاي ماركوف و متغيرهاي كليدي قابليت اطمينان مانند احتمال شكست و ميانگين زمان بين خرابيها هستند. شبيهسازي رويدادهاي نادر نيز بهعنوان يك ابزار مهم براي ارزيابي كمي عملكرد URLLC در شرايط نامساعد در فصل سوم مورد بررسي قرار ميگيرد. اين شبيهسازيها شامل روشهايي مانند مونتكارلو معمولي، نمونهبرداري اهميت و شبيهسازي زيرمجموعه هستند. يادگيري ماشين نيز بهعنوان ابزاري قدرتمند براي طراحي و بهينهسازي URLLC در فصل سوم مورد بررسي قرار ميگيرد. كاربردهاي آن شامل بهينهسازي در مقياس بزرگ، يادگيري با نمونه دادههاي محدود و پيشبيني سريهاي زماني است. همچنين، استراتژيهاي تخصيص منابع آگاه به ريسك با استفاده از يادگيري ماشين براي فعالسازي URLLC بررسي ميشود. ساير روشهاي مورد بررسي در اين تحقيق شامل تنوع تكرار، كدگذاري شبكه خطي تصادفي، تئوري صف و تازگي اطلاعات و كدگذاري با طول بلوك محدود است. تنوع تكرار براي افزايش قابليت اطمينان، كدگذاري شبكه خطي تصادفي براي كاهش تأخير مورد بررسي قرار ميگيرند. كدگذاري با طول بلوك محدود نيز بهعنوان رويكردي براي مقابله با تأخير و افزايش قابليت اطمينان در سيستمهاي با بستههاي كوتاه مورد بررسي قرار ميگيرد. در پايان، مقايسهاي بين روشهاي مختلف مانند SNC و K-repetition، استفاده از توابع بقا و نظريه طول بلوك محدود ارائه ميشود و نتايج حاصل از آنها در بهبود تأخير و قابليت اطمينان سيستمهاي URLLC بررسي ميشود.
اين پژوهش با ارائه يك مرور جامع بر ابزارها و روشهاي مختلف براي طراحي و تجزيهوتحليل سيستمهاي URLLC، چارچوبي را براي درك بهتر اين سيستمها و چگونگي دستيابي به تأخير كم و قابليت اطمينان بالا فراهم ميكند. اين اطلاعات ميتواند براي محققان و مهندسان در توسعه و بهبود سيستمهاي URLLC مفيد باشد.
واژههاي كليدي: تأخير كم، قابليت اطمينان بالا، URLLC، يادگيري ماشين، 5G، اينترنت اشيا
چكيده انگليسي
Ultra-Reliable Low-Latency Communication (URLLC) is a pivotal component of fifth-generation (5G) mobile networks designed to meet the stringent demands of various critical applications, including healthcare, autonomous driving, and industrial automation. This thesis presents a comprehensive analysis and evaluation of several statistical methodologies and tools employed in understanding and optimizing URLLC systems. The study encompasses a range of topics such as reliability theory, short packet communications, risk assessment techniques, rare event simulation, queuing theory, data freshness, and the utilization of machine learning for system enhancement.
The essence of URLLC lies in its ability to ensure high reliability while maintaining minimal latency for data transmission. The reliability is quantified as the probability of successful data delivery within a prescribed time limit, reflecting the inherent trade-off between achieving low latency and high reliability. Various strategies for enhancing latency include mechanisms like short code utilization, time-slot scheduling, edge computing, and optimized low-overhead protocols. Concurrently, measures to bolster reliability encompass multiple connection strategies, data redundancy, Automatic Repeat request (ARQ) protocols, Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) configurations, and limited block-length coding.
Key theoretical frameworks utilized in this research include sophisticated mathematical models that facilitate the prediction and optimization of URLLC performance metrics. The application of reliability functions within Markov models provides valuable insights into system behavior under different failure scenarios. Additionally, rare event simulation techniques further bolster understanding by evaluating performance across a spectrum of operational conditions, allowing for comprehensive assessment of various parameters that influence reliability and latency.
Machine learning is identified as a transformative approach that can significantly enhance the design, operation, and optimization of URLLC systems. It is particularly effective in large-scale optimization tasks, learning from sparse data samples, time series forecasting, and executing risk-aware resource allocation strategies, which are crucial for the effective implementation of URLLC capabilities. The study also investigates alternative methodologies, including diversity repetition, random linear network coding, queuing theory, and limited block-length coding. Here, diversity repetition is primarily focused on augmenting reliability, while random linear network coding addresses latency reduction effectively. Limited block-length coding is studied as a solution for mitigating delays while enhancing reliability in short packet frameworks..
In summary, the implications of URLLC are expansive, serving critical functions in a variety of fields that demand immediate and reliable communication. In healthcare, for example, the necessity for real-time data transmission underscores the gravity of latency and reliability, as delays may have life-threatening consequences. Similarly, in autonomous vehicle operations, timely and reliable communication is essential for instantaneous decision-making.
Ultimately, this thesis encapsulates the fundamental aspects of URLLC by integrating theoretical and practical perspectives. Its findings aim to propel future advancements in URLLC technology, ensuring that communication systems can effectively adapt to the requirements of an increasingly interconnected and data-driven society. As the landscape of cellular technology evolves, the insights provided in this analysis will serve as a foundation for fostering advancements in reliability, efficiency, and overall performance of URLLC systems.
Keywords
1-URLLC 2-Reliability 3-Low Latency 4-5G
استاد راهنما
مهدي مهدوي
استاد داور
حسين سعيدي , مسعودرضا هاشمي