Разработка моделей и алгоритмов для анализа показателей эффективности функционирования технологии радиодоступа мобильных сетей шестого поколения 6G терагерцового диапазона частот
Год 2022-2023
Департамент Факультет физико-математических и естественных наук
Идея проекта
Проект направлен на исследование и разработку технологий для сетей связи шестого поколения (6G) в терагерцевом диапазоне частот. Основная цель заключается в обеспечении высоких скоростей передачи данных и минимальной задержки доставки информации в сетях 6G, а также разработке методов повышения надежности обслуживания сессий передачи данных.
В рамках проекта будет проведено исследование фундаментальных проблем, связанных с использованием терагерцевого диапазона частот, таких как высокие потери распространения сигнала и атмосферное поглощение радиоволн. Для преодоления этих проблем будут разработаны сверхбольшие антенные решетки с высокой направленностью, позволяющие излучать сверхузконаправленные лучи.
Однако использование диаграмм направленности антенн в сетях 6G может привести к проблемам блокировки сигнала движущимися объектами и потере устойчивой связи при микромобильности абонентских терминалов. Поэтому проект также предусматривает разработку новых алгоритмов управления лучом на абонентских терминалах и базовых станциях, обеспечивающих минимальную вероятность отсутствия связи и максимальную пропускную способность канала связи.
Для моделирования процедур поиска луча в сетях 6G планируется использование методов машинного обучения и искусственного интеллекта. Это позволит повысить точность отслеживания луча и обеспечить быструю реакцию модели управления на перемещение абонентских устройств.
Основные результаты проекта включают вероятностные модели обслуживания сессий передачи данных в терагерцевом диапазоне частот, разработку математического и алгоритмического обеспечения для моделирования процедур поиска луча, а также исследование и разработку методов повышения надежности обслуживания сессий в сетях 6G.
Реализация данного проекта будет иметь важное значение для развития будущих сотовых систем связи и обеспечения передовых телекоммуникационных услуг, таких как дополненная реальность, виртуальная реальность, голографическая связь и потоковая передача видео высокого разрешения в реальном времени.
Задачи
- Разработать методы анализа и провести исследования свойств динамической блокировки, макро- и микро-мобильности различных типов приложений в терагерцовых сетях связи.
- Разработать модели и алгоритмы поиска луча в терагерцовых сетях связи при наличии динамической блокировки, макро- и микромобильности, минимизирующие вероятность отсутствия связи и максимизирующие емкость канала связи.
- Разработать математическую модель терагерцовой точки доступа в виде системы массового обслуживания с занятием случайного объема ресурса и прерыванием обслуживания вызываемого динамической блокировкой, макро- и микро-мобильностью.
- Разработать общую методологию построения моделей обслуживания абонентов в терагерцовых сетях доступа с учетом методов повышения надежности, таких как одновременная поддержка активных соединений к нескольким базовым станциям в пределах одной или нескольких радиотехнологий доступа, резервирование ресурсов, приоритетное обслуживание, а также их совместное использование.
Перечень РИД по проекту
- Moltchanov D. et al. A tutorial on mathematical modeling of 5G/6G millimeter wave and terahertz cellular systems //IEEE Communications Surveys & Tutorials. — 2022.
- Kondratyeva A. et al. Characterization of Dynamic Blockage Probability in Industrial Millimeter Wave 5G Deployments //Future Internet. — 2022. — Т. 14. — №. 7. — С. 193.
- Карташова А.С., Бегишев В.О. Система выгрузки приложений в сетях 5G на основе граничных вычислений // Информационно-телекоммуникационные технологии и математическое моделирование высокотехнологичных систем. — 2022. — С.
124–127. Доборщук В.В., Бегишев В.О., Молчанов Д.А. Блокировка прямой видимости в mmWave и THz диапазонах частот между самолетами и наземной базовой станцией // Информационно-телекоммуникационные технологии и математическое моделирование высокотехнологичных систем. — 2022. — С. 98–101. Нунез Г.Ф., Бегишев В.О. Примеры использования методов фотограмметрии для определения блокировки в сетях 5G // Информационно-телекоммуникационные технологии и математическое моделирование высокотехнологичных систем. — 2022. — С. 142–144. Пракаш Ш., Бегишев В.О. Исследование беспилотного транспорта в городской инфраструктуре // Информационно-телекоммуникационные технологии и математическое моделирование высокотехнологичных систем. — 2022. — С. 145–147. Golos E., Daraseliya A., Sopin E., Begishev V., Gaidamaka Y. Optimizing Service Areas in 6G mmWave/THz Systems with Dual Blockage and Micromobility. Mathematics 2023, 11, 870. - Doborshchuk V., Begishev V., Samouylov K. Propagation Model for Ground-to-Aircraft Communications in the Terahertz Band with Cloud Impairments. Energies 2022, 15, 8022.
- Shurakov A. et al. Empirical blockage characterization and detection in indoor sub-THz communications //Computer Communications. — 2023. — Т. 201. — С.
48–58.
Поддержка проекта
- Приоритет-2030
- Разработать новые модели, методы их анализа и алгоритмы обслуживания абонентов в сетях связи шестового поколения (6G), работающих в терагерцовом (ТГц) диапазоне частот.
Бегишев Вячеслав Олегович
- Мобильные коммуникации: Технологии 6G предоставят значительно более высокие скорости передачи данных и меньшую задержку, что позволит пользователям получать высококачественные мультимедийные контенты, стриминговое видео, виртуальную и дополненную реальность. Обеспечат более надежные и стабильные соединения в мобильных сетях.
- Интернет вещей (IoT): Сети 6G будут способны обеспечивать высокую пропускную способность и низкую задержку, что позволит подключать большое количество IoT-устройств и обеспечить их эффективную работу в реальном времени. Это может быть полезно в области умных городов, автоматизации производства, здравоохранении, транспорте и других сферах, где требуется связь между большим количеством устройств.
- Автономные транспортные средства: Системы связи 6G с низкой задержкой и высокой пропускной способностью могут играть важную роль в обеспечении связности и безопасности автономных транспортных средств. Это позволит им обмениваться данными с другими транспортными средствами, инфраструктурой и облачными сервисами в режиме реального времени, повышая эффективность и безопасность дорожного движения.
- Медицина и здравоохранение: В сетях 6G можно применять передовые телемедицинские технологии, включая удаленную консультацию, дистанционный мониторинг состояния пациентов и использование виртуальной реальности в медицинских процедурах. Более высокая пропускная способность и надежность связи помогут улучшить качество и доступность медицинского обслуживания.