Μελέτη μηχανισμών χρονοδρομολόγησης πακέτων δεδομένων σε κυψελωτά δίκτυα πέμπτης γενιάς

Abstract

Η Ελλάδα μέχρι πρότινος χαρακτηριζόταν ως ψηφιακά ανώριμη, σε υποδομές, υπηρεσίες και γενικότερα στην ψηφιακή κουλτούρα καθώς υστερούσε ψηφιακά από τον μέσο όρο των λοιπών Ευρωπαϊκών κρατών. Ωστόσο, τα οφέλη που προκύπτουν από τον ψηφιακό μετασχηματισμό είναι τεράστια καθώς δημιουργούνται νέες θέσεις εργασίας, παρέχονται καινοτόμες υπηρεσίες, γεφυρώνει το ψηφιακό χάσμα. Τα δίκτυα 5ης γενιάς (5G) αναπτύσσονται με γρήγορους ρυθμούς και στα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν συγκαταλέγονται η ταχύτητα με την οποία μεταδίδονται τα δεδομένα, η παροχή επιπλέον χωρητικότητας μέσω συχνοτήτων που έως σήμερα παρέμεναν ανεκμετάλλευτες, η ελαχιστοποίηση της χρονοκαθυστέρησης και του χρόνου απόκρισης, κ.α.[1].

Η έως τώρα εμπειρία δείχνει ότι γύρω από τα δίκτυα αναπτύσσεται ένα σύστημα το οποίο επηρεάζει τόσο τους ιδιώτες όσο και τις επιχειρήσεις. Εκμεταλλευόμενοι λοιπόν τα οφέλη που προσφέρει ο ψηφιακός μετασχηματισμός τόσο οι ιδιώτες όσο και οι επιχειρήσεις θέλουν να τις αξιοποιήσουν αυτές τις τεχνολογίες. Ο ψηφιακός αυτός μετασχηματισμός αναμφίβολα επηρεάζει το ηλεκτρονικό εμπόριο, τον ηλεκτρονικό τύπο, υπηρεσίες εκπαίδευσης καθώς και υπηρεσίες δημόσιας διοίκησης οι οποίες είναι πλέον προσβάσιμες μέσω διαδικτύου.[1]. Η εξέλιξη της παγκόσμιας οικονομίας, με την αξιοποίηση των ψηφιακών τεχνολογιών, δίνει τη δυνατότητα στις επιχειρήσεις αλλά και στους πολίτες να αναπτυχθούν επιχειρηματικά.

Κάθε επιχείρηση σήμερα αναπτύσσεται σε μια παγκοσμιοποιημένη οικονομία, ενώ η ανάπτυξη της τεχνολογίας είναι εκείνη η οποία θα επιτρέψει τη βιώσιμη ανάπτυξη κάθε επιχείρησης. Ο κλάδος του τουρισμού οφείλει να αξιοποιεί όλα τα πλεονεκτήματα που προσφέρει η σύγχρονη τεχνολογία για την διευκόλυνση των τουριστών / επισκεπτών. Το εμπόριο, οι δημόσιες και οι δημοτικές υπηρεσίες βασίζονται στις «έξυπνες τεχνολογίες» για την ασφάλεια, την ταχύτητα της εξυπηρέτησης, αλλά και την εξοικονόμηση πόρων [1].

Τα παραπάνω αποτελούν μερικά μόνο παραδείγματα τα οποία αποτυπώνουν την εικόνα μιας σύγχρονης οικονομίας με ποιοτικές και ανταγωνιστικές υπηρεσίες όπου οι σύγχρονες τεχνολογίες αξιοποιούνται πλήρως όχι μόνο για την εξοικονόμηση πόρων αλλά κυρίως για τη βελτίωση των παρεχόμενων υπηρεσιών [1]. Ο ρυθμός με τον οποίο αναπτύσσεται η τεχνολογία φέρνει αλλαγές σε όλους τους τομείς της κοινωνίας όπως, στις επιστήμες και στον επιχειρηματικό κόσμο. Η εξάπλωση της ψηφιακής τεχνολογίας σε όλο τον κόσμο είναι μεγάλη ενώ όλο και περισσότερες εφαρμογές αναπτύσσονται ραγδαία.

Οι υποδομές των τηλεπικοινωνιών θα πρέπει να συμβαδίζουν με τις περισσότερες τεχνολογικές υποδομές ώστε να μπορούν να ανταποκριθούν στον ανταγωνισμό ο οποίος εξελίσσεται διαρκώς. Στις σύγχρονες τηλεπικοινωνίες υπάρχουν πολλά είδη δικτύων (δίκτυα κινητής τηλεφωνίας, ασύρματα δίκτυα, δίκτυα υπολογιστών και επίγεια δίκτυα). Με το πέρασμα των χρόνων, η χρήση των υπηρεσιών κινητής τηλεφωνίας έγινε σημαντική, γι’ αυτό το λόγο η ανάπτυξη των δικτύων 5ης γενιάς είναι απαραίτητη, προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοση του δικτύου. Τα δίκτυα 5ης γενιάς δημιουργήθηκαν ως απάντηση στην ανάγκη για βελτίωση της παρεχόμενης ποιότητας εξυπηρέτησης. Η ανάγκη αυτή δημιουργήθηκε αρχικά λίγα χρόνια αφού υλοποιήθηκαν τα πρώτα δίκτυα και αυξήθηκε η ζήτηση για οικονομικές και ευρείας αποδοχής υπηρεσίες διασύνδεσης. Έτσι η χρήση και μετάδοσης ροών βίντεο και ήχου μέσω του ίντερνετ αποτέλεσε μέρος της καθημερινότητας των οικιακών χρηστών αλλά και των επιχειρήσεων.

Από την αρχή της δημιουργίας του το διαδίκτυο βασίστηκε στη φιλοσοφία-αρχιτεκτονική της «βέλτιστης προσπάθειας» (best-effort). Τα δίκτυα αρχικά τα πρώτα χρόνια δεν αντιμετώπιζαν πρόβλημα καθώς οι απαιτήσεις που είχαν οι εφαρμογές δεν απαιτούσαν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά αναφορικά με την ταχύτητα, το χρόνο και τον τρόπο διαμεταγωγής και μετάδοσης. Η ζήτηση περιοριζόταν στην αποστολή μηνυμάτων κειμένου μικρού μεγέθους και μη διαδραστικού τύπου, όπου δεν απαιτούνταν μεταφορά μεγάλου όγκου δεδομένων. Για το λόγο αυτό, στην περίπτωση υπερφόρτωσης της ουράς ενός δρομολογητή, η απόρριψη πακέτων θα γίνει χωρίς να ληφθεί υπόψη η προτεραιότητα των πακέτων που πρέπει να απορριφθούν.

Κατά τις περιόδους αιχμής σε ένα δίκτυο μεταγωγής πακέτων IP, υπερφορτώνονται οι καταχωρητές των ενδιάμεσων δρομολογητών και έτσι δεν υπάρχει διαθέσιμος χώρος για τα νέα εισερχόμενα πακέτα με αποτέλεσμα πολλά πακέτα να απορρίπτονται, οι ρυθμοί μεταφοράς να μειώνονται δραματικά και η συνολική απόδοση του δικτύου να δημιουργεί προβλήματα στους χρήστες. Για το λόγο αυτό δημιουργήθηκε η ανάγκη ύπαρξης εγγυήσεων και μηχανισμών παροχής ποιότητας εξυπηρέτησης στα δίκτυα τηλεπικοινωνιών με την δημιουργία πρωτοκόλλων για εγγυημένες και ποιοτικές υπηρεσίες στους χρήστες, την ώρα αιχμής.