Real-time detection and optimization algorithms for flexible resource allocation in 5G networks and beyond

Abstract

Η ανάπτυξη των δικτύων κινητής τηλεφωνίας πέμπτης γενιάς (5G) καθώς και η επικείμενη έκτη γενιά (6G) θα επιφέρουν θεμελιώδεις αλλαγές στον τρόπο επικοινωνίας και πρόσβασης σε υπηρεσίες και ψυχαγωγία. Σχετικά με τα παραπάνω, η ραγδαία αύξηση του ρυθμού δεδομένων των βελτιωμένων υπηρεσιών ευρυζωνικής κινητής τηλεφωνίας (eMBB) θα παρέχει στους χρήστες εξαιρετικά υψηλή ανάλυση στη ροή βίντεο, και σε εφαρμογές πολυμέσων και εικονικής πραγματικότητας, προσφέροντας συναρπαστικές εμπειρίες.Για το σκοπό αυτό, είναι σημαντικό για τις υποδομές παράδοσης περιεχομένου να εντοπίζουν και να ανταποκρίνονται γρήγορα σε αλλαγές στη δυναμική της δημοτικότητας του περιεχομένου. Επικεντρώνοντας στην απαίτηση για ευέλικτες και εξαιρετικά προσαρμοστικές λύσεις, η ικανότητα για γρήγορη και εκ νέου κατανομή πόρων, θα πρέπει να καθοδηγείται από αλγορίθμους γρήγορης ανίχνευσης της δημοτικότητας του περιεχομένου και ταυτόχρονα χαμηλής πολυπλοκότητας. Στην παρούσα διατριβή, μελετάμε πτυχές που σχετίζονται με την ανάπτυξη αλγορίθμων, πραγματικού χρόνου και χαμηλής πολυπλοκότητας, για την ανίχνευση αλλαγών στη δημοτικότητα περιεχομένου βίντεο. Αντιμετωπίζουμε το τελευταίο ως στατιστικό πρόβλημα ανίχνευσης σημείου αλλαγής (CP), ανοίγοντας εντελώς νέο έδαφος σε σύγκριση με προηγούμενες εργασίες σχετικές με την έρευνα του περιεχομένου ιστού. Επιπλέον, στο πλαίσιο των εξαιρετικά αξιόπιστων επικοινωνιών χαμηλού λανθάνοντος χρόνου (URLLC) και των μαζικών επικοινωνιών τύπου μηχανής (mMTC), νέες συναρπαστικές περιπτώσεις χρήσης παρουσιάστηκαν στα 5G. Η νέα βιομηχανική επανάσταση, που ονομάζεται Βιομηχανία 4.0, μαζί με τους αναδυόμενους κλάδους της τηλεϊατρικής, της έξυπνης γεωργίας κ.λπ., θα προσφέρει πρωτόγνωρα επίπεδα αυτοματισμού και ευφυΐας. Καθώς το 5G απαιτεί την υποστήριξη ενός μεγάλου εύρους υπηρεσιών, αναζητούνται νέες λύσεις που επιτρέπουν υψηλότερη απόδοση πόρων. Σε αυτό το πλαίσιο, σε αυτή τη διατριβή μελετάμε τον χρονοπρογραμματισμό ετερογενών υπηρεσιών στο επίπεδο δικτύου 2, εστιάζοντας στην περίπτωση συνύπαρξης URLLC και eMBB. Προτείνουμε νέους ευρετικούς αλγόριθμους και διερευνούμε περαιτέρω λύσεις που αξιοποιούν τη μη ορθογώνια πολλαπλή πρόσβαση (NOMA), λόγω των πλεονεκτημάτων της σε σχέση με τα συμβατικά σχήματα πολλαπλής πρόσβασης (OMA) από την άποψη της φασματικής και ενεργειακής απόδοσης. Όλες οι προτεινόμενες λύσεις στοχεύουν και καταλήγουν σε ευέλικτα σχήματα κατανομής πόρων, ακρογωνιαίο λίθο τόσο των δικτύων 5G όσο και μελλοντικών δικτύων 6G.