Модели и алгоритмы технологий радиодоступа мобильных сетей 6G терагерцового диапазона частот

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-79-10139

НазваниеМодели и алгоритмы технологий радиодоступа мобильных сетей 6G терагерцового диапазона частот

Руководитель Бегишев Вячеслав Олегович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов имени Патриса Лумумбы" , г Москва

Конкурс №61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-602 - Моделирование технических систем

Ключевые слова Терагерцовый диапазон частот, сети радиодоступа 6G, теория массового обслуживания, множественный доступ, математическая теория телетрафика, микромобильность, управление радиоресурсами, стохастическая геометрия, имитационное моделирование, машинное обучение, искусственный интеллект.

Код ГРНТИ20.53.23

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время, с окончанием процесса стандартизации радиотехнологий доступа для сетей связи 5G, внимание экспертов в области систем телекоммуникаций сосредоточено на сетях мобильной связи шестого поколения 6G (от англ. Sixth Generation – шестое поколение), внедрение которого предполагается во второй половине 2020-х – 2030-е годы, на основе стандартов телекоммуникаций, следующих за стандартами 5G/IMT-2020. Сети 6G должны будут обеспечить принципиально новые скорости до 100Гбит/с на одну базовую станцию. Известно, что с увеличением спроса на более высокие скорости передачи данных растет и потребность в более высокой полосе частот, которая может передавать огромные объемы данных для удовлетворения запросов потребителей услуг связи. Единственный радиодиапазон, в котором есть достаточные ресурсы – терагерцовый диапазон частот, 0.3-3 ТГц. Полоса ТГц частот предлагает огромный потенциал для революционных приложений (виртуальная и дополненная реальности для различных экстренных служб города, голографическая связь, радары, трансляция потокового видео с разрешением 8-16К в реальном времени и т.д.), которые станут возможными благодаря новому мышлению, и достижения в области беспроводных устройств, электронных схем, программного обеспечения, обработки сигналов и технических систем. Отличительной особенностью таких услуг связи являются одновременно крайне высокие требования к скорости передачи данных и задержке доставки. При интеграции технологии ТГц в будущие системы связи 6G появляются ряд фундаментальных проблем как на физическом и канальном уровнях, так и на уровне системы в целом. Для преодоления крайне высоких потерь распространения такие системы связи будут использовать фазированные антенные решетки с крайне высокой диаграммой направленности в режиме формирования луча. Для поддержания устойчивой связи в условиях быстро и резко меняющегося уровня сигнала из-за событий блокировки распространения сигнала динамическими объектами, такими как тело человека или автомобили, макро-мобильности (перемещение человека, движение транспортных средств и т.д.) и микро-мобильности (малые вращения и смещения абонентского устройства, возникающие даже в статическом положение абонента), а также неравномерной атмосферной абсорбции требуется разработка новых методов и алгоритмов управления лучом как на пользовательских устройствах, так и на базовой станции. В частности, такие алгоритмы должны обеспечить наименьшую достижимую вероятность отсутствия связи и максимальную пропускную способность канала связи в различных условиях развертывания систем 6G. На системном уровне, обеспечение устойчивости и непрерывности связи имеет первостепенное значение для предоставления услуг связи, на которых нацелены системы 6G. Для обеспечения непрерывности сеанса связи и ключевых показателей качества обслуживания для приложений, чувствительных к задержкам и скорости передачи данных, необходимо переосмысление и адаптация эффективных методов применения нескольких технологий на абонентском участке доступа. В частности, при условиях динамической блокировки и микро- и макро-мобильность абонентов актуальной является проблема повышения надежности обслуживания сессий в сетях радиодоступа 6G, работающих в терагерцовом диапазоне частот за счет различных алгоритмов сетевого уровня, таких так одновременная поддержка активных соединений к нескольким базовым станциям в пределах одной или нескольких радиотехнологий доступа, резервирование ресурсов, приоритетное обслуживание, а также их совместного использования. Оценка эффективности функционирования таких методов, а также разработка алгоритмов поддержки непрерывности обслуживания требует разработки математических моделей для анализа механизмов повышения надежности обслуживания сессий с учетом вышеизложенных особенностей. Именно на решение таких актуальных проблем и нацелен предлагаемый проект. Будут построены вероятностные модели обслуживания сессий передачи данных в терагерцовом диапазоне частот в виде систем массового обслуживания с заявками случайного объема и сигналами, моделирующими изменение параметров обслуживания при возникновении блокировки. В проекте будут разработаны математическое и алгоритмическое обеспечения для моделирования процедур поиска луча в беспроводных сетях шестого поколения. При разработке алгоритмов планируются использовать методы на основе машинного обучения и искусственного интеллекта. Этот акцент делается для повышения точности отслеживания луча, чтобы модель управления могла достаточно быстро реагировать на перемещения абонентских устройств, установленных как на движущихся транспортных средствах, так и на пешеходах с менее предсказуемой траекторией движения.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Молчанов Д.А., Гайдамака Ю.В.,Острикова Д.Ю., Бесчастный В.А., Кучерявый Е.А., Самуйлов К.Е. Ergodic Outage and Capacity of Terahertz Systems Under Micromobility and Blockage Impairments IEEE Transactions on Wireless Communications (год публикации - 2021)
10.1109/TWC.2021.3117583

2. Степанов Н.В., Молчанов Д.А., Бегишев В.О.,Тюрликов А.М., Кучерявый Е.А. Statistical Analysis and Modeling of User Micromobility for THz Cellular Communications IEEE Transactions on Vehicular Technology, Том: 71, выпуск: 1, стр.: 725 - 738 (год публикации - 2021)
10.1109/TVT.2021.3124870

3. Молчанов Д.А., Сопин Э.С., Бегишев В.О., Самуйлов А.К., Кучерявый Е.А., Самуйлов К.Е. A Tutorial on Mathematical Modeling of 5G/6G Millimeter Wave and Terahertz Cellular Systems IEEE Communications Surveys & Tutorials, Early Access (год публикации - 2022)
10.1109/COMST.2022.3156207

4. Бегишев В.О., Молчанов Д.А., Гайдамака А.А., Самуйлов К.Е. Closed-Form UAV LoS Blockage Probability in Mixed Groundand Rooftop-Mounted Urban mmWave NR Deployments Sensors (MDPI), Номер 977, Том 33, Выпуск 3 (год публикации - 2022)
10.3390/s22030977

5. Сопин Э.С., Бегишев В.О., Молчанов Д.А., Самуйлов А.К. Evaluation of the New and Accepted Customers Blocking Probabilties in a Network of Resource Loss Systems Communications in Computer and Information Science (CCIS) (год публикации - 2022)

6. Иванова Д.В., Маркова Е.В., Молчанов Д.А., Пирмагомедов Р.Я., Кучерявый Е.А., Самуйлов К.Е. Performance of Priority-Based Traffic Coexistence Strategies in 5G mmWave Industrial Deployments IEEE Access, Том 10, стр. 9241 - 9256 (год публикации - 2022)
10.1109/ACCESS.2022.3143583

7. Кондратьева А.А., Молчанов Д.А., Бегишев В.О. Блокировка прямой видимости в индустриальных развёртываниях mmWave и THz сетях доступа Информационно-телекоммуникационные технологии и математическое моделирование высокотехнологичных систем : материалы Всероссийской конференции с международным участием. Москва, РУДН, 18–22 апреля 2022 г. — Москва : РУДН, материалы Всероссийской конференции с международным участием. Москва, РУДН, 18–22 апреля 2022 г. — Москва : РУДН, 2022. — с. 128-131 : ил. (год публикации - 2022)

8. Дугаева С.А., Молчанов Д.А., Бегишев В.О. Поиск луча в системах связи THz диапазона частот в условиях микромобильности абонентских терминалов Информационно-телекоммуникационные технологии и математическое моделирование высокотехнологичных систем : материалы Всероссийской конференции с международным участием. Москва, РУДН, 18–22 апреля 2022 г. — Москва : РУДН, материалы Всероссийской конференции с международным участием. Москва, РУДН, 18–22 апреля 2022 г. — Москва : РУДН, 2022. — с. 102-104 : ил. (год публикации - 2022)

9. Дараселия А.В., Сопин Э.С., Молчанов Д.А., Кучерявый Е.А., Самуйлов К.Е. Performance of Offloading Strategies in Collocated Deployments of Millimeter Wave NR-U Technology IEEE Transactions on Vehicular Technology, in IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 72, no. 2, pp. 2535-2549, Feb. 2023 (год публикации - 2022)
10.1109/TVT.2022.3213927

10. Доборщук В.В., Бегишев В.О., Самуйлов К.Е. Propagation Model for Ground-to-Aircraft Communications in the Terahertz Band with Cloud Impairments Energies, Doborshchuk V., Begishev V., Samouylov K. Propagation Model for Ground-to-Aircraft Communications in the Terahertz Band with Cloud Impairments //Energies. – 2022. – Т. 15. – №. 21. – С. 8022. (год публикации - 2022)
10.3390/en15218022

11. Бесчастный В.А., Мачнев Е.А., Острикова Д.Ю., Гайдамака Ю.В., Самуйлов К.Е. Coverage, Rate, and Last Hop Selection in Multi-Hop Communications in Highway Scenarios MDPI Mathematics, Mathematics 11, no. 1: 26 (год публикации - 2022)
10.3390/math11010026

12. Дугаева С.А., Бегишев В.О. Использование методов машинного обучения для детектирования активных приложений на абонентских устройствах материалы Всероссийской конференции с международным участием, ITTMM-2023. Москва, РУДН, ITTMM-2023, РУДН, 17–21 апреля 2023 г. — Москва : РУДН, 2023. — с.63-68 : ил. (год публикации - 2023)

13. Дугаева С.А., Бегишев В.О., Степанов Н.В. Utilization of Machine Learning Algorithms to Identify User Applications Lecture Notes in Computer Science, Lecture Notes in Computer Science. – Cham: Springer Nature Switzerland. – 2023. – Vol. 14123. – P. 410-422. (год публикации - 2023)
10.1007/978-3-031-50482-2_32

14. Шураков А.С., Рожкова П.А., Хакимов А.А., Мокров Е.В., Приходько А.Н., Бегишев В.О., Кучерявый Е.А., Комаров М.М., Гольцман Г.Н. Dynamic Blockage in Indoor Reflection-Aided Sub-Terahertz Wireless Communications IEEE Access, vol. 11, pp. 134677-134689, 2023 (год публикации - 2023)
10.1109/ACCESS.2023.3337050

Публикации