Μελέτη του πρωτοκόλλου TCP στα μικροκυματικά (mmWave) δίκτυα κινητής τηλεφωνίας πέμπτης γενιάς (5G)

Abstract

Είναι γνωστό ότι πλέον το μεγαλύτερο μέρος της σύγχρονης κοινωνίας που ζούμε χρησιμοποιεί και εξυπηρετείται από πληροφοριακά συστήματα και γενικότερα τεχνολογίες πληροφορικής. Η επικοινωνία μεταξύ των ανθρώπων καθώς και η ολοκλήρωση των καθημερινών εργασιών ή εκκρεμοτήτων βασίζεται σχεδόν καθολικά στα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας και την υψηλή απόδοση αυτών. Κάθε εργαζόμενος πλέον απαιτείται να διαθέτει μία κινητή συσκευή για την καθημερινότητα του. Συνεπώς, η τηλεπικοινωνίες παίζουν καθοριστικό ρόλο στη καθημερινή ζωή του ανθρώπου και πρέπει συνεχώς να εξελίσσονται, με σκοπό την ομαλή και ασφαλή εξυπηρέτηση αυτού. Ωστόσο, ενώ τα πρώτα χρόνια εμφάνισης των τηλεπικοινωνιών η επιτυχής εξασφάλιση ομιλίας και αποστολής μηνυμάτων ήταν αρκετή, τα τελευταία χρόνια έχει δοθεί ιδιαίτερη βαρύτητα και ενδιαφέρον για τις υπηρεσίες μεταφοράς δεδομένων. Η έλευση του διαδικτύου και ακολούθως ποικίλων διαδικτυακών εφαρμογών (web apps) έχει δημιουργήσει την ανάγκη για νέους τρόπους γρήγορης και ασφαλούς μεταφοράς δεδομένων. Επίσης, η ραγδαία και ταχεία εμφάνιση πολύπλοκων και απαιτητικών εφαρμογών όπως η τηλεδιάσκεψη, η τηλεϊατρική, το online gaming, το διαδίκτυο των πραγμάτων (IOT) και πολλές άλλες, απαιτούν τεράστιο όγκο δεδομένων με μεγάλες ταχύτητες αλλά ταυτόχρονα μικρούς χρόνους απόκρισης. Συνεπώς, ο κλάδος των τηλεπικοινωνίων έχει έρθει αντιμέτωπος με νέες μεγάλες προκλήσεις, καθώς απαιτείται η εύρεση νέων καινοτόμων τεχνολογιών και αρχιτεκτονικών, με σκοπό την εξυπηρέτηση όλων αυτών των νέων απαιτήσεων. Τα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας 5ης γενιάς (5G) παρέχουν τεράστιες ταχύτητες και ταυτόχρονα ελαχιστοποιούν τον χρόνο απόκρισης, δίνοντας έτσι την δυνατότητα για εφαρμογή και υλοποίηση νέων πολύπλοκων και απαιτητικών εφαρμογών. Αρκεί να αναφερθεί ότι τα δίκτυα 5ης γενιάς στη μικροκυματική ζώνη (mmWave) μπορούν να παρέχουν ταχύτητες έως και 20Gb/s με χρόνο απόκρισης της τάξεως του 1ms, μεγέθη τα οποία είναι είκοσι (20) φορές μεγαλύτερα από τις παλαιότερες γενιές κινητής τηλεφωνίας 4G (LTE). Ωστόσο, η εφαρμογή και υλοποίηση των νέων δικτύων κινητής τηλεφωνίας 5ης γενιάς στη μικροκυματική ζώνη (mmWave) δημιουργεί ορισμένες δυσλειτουργίες και ευπάθειες στη μεταφορά των δεδομένων με αποτέλεσμα οι ανωτέρω ταχύτητες και χρόνοι απόκρισης να μην μπορούν να επιτευχθούν. Έτσι, για την επίτευξη των δυνατοτήτων των δικτύων 5G πρέπει να βρεθούν νέοι τρόποι και μέθοδοι για την απρόσκοπτη μεταφορά των δεδομένων, όπου υπεύθυνα για αυτό αποτελούν τα πρωτόκολλα μεταφοράς. Το πρωτόκολλο TCP, το οποίο αποτελεί και το βασικότερο πρωτόκολλο μεταφοράς στον κόσμο των δικτύων είναι υπεύθυνο για την ομαλή και ασφαλή μεταφορά των δεδομένων από ένα χρήστη σε έναν άλλο. Ωστόσο, το TCP δεν μπορεί να ανταπεξέλθει πλήρως στα προβλήματα που δημιουργούνται από τις ευπάθειες και αδυναμίες των δικτύων κινητής τηλεφωνίας 5ης γενιάς.

Συνεπώς, είναι απαραίτητη η μελέτη εφαρμογής του πρωτοκόλλου TCP στα μικροκυματικά (mmWave) δίκτυα κινητής τηλεφωνίας 5ης γενιάς (5G), και η εκτέλεση δοκιμών με διαφορετικές παραμέτρους, ώστε να εντοπιστούν και να αναλυθούν οι αδυναμίες και τα προβλήματα που παρουσιάζει. Τέλος, είναι αναγκαία η εύρεση τρόπων, μεθόδων καθώς και μηχανισμών για την αποδοτικότερη χρήση του πρωτόκολλου TCP σε δίκτυα 5ης γενιάς. Η ανάγκη για καθολική χρήση των νέων δικτύων 5ης γενιάς είναι αναγκαία καθώς οι απαιτήσεις ολοένα και αυξάνονται, με αποτέλεσμα οι παλαιότερες γενιές δικτύων να μην μπορούν να ανταπεξέλθουν στις απαιτήσεις της σημερινής κοινωνίας.

It is well known that most of the modern society we live in uses and is served by information systems and information technologies in general. Communication between people as well as the completion of daily tasks or unfinished business is almost universally based on mobile networks and their high performance. Every employee is now required to have a mobile device for his or her daily life. Therefore, telecommunication plays a crucial role in the daily life of people and must constantly evolve in order to serve them smoothly and securely. However, while in the early years of telecommunications, successfully securing voice and messaging was sufficient, in recent years there has been a particular emphasis and interest in data transfer services. The advent of the internet and subsequently of a variety of web apps has created the need for new ways of fast and secure data transfer. Also, the rapid and rapid emergence of complex and demanding applications such as teleconferencing, telemedicine, online gaming, internet of things (IOT) and many others require huge amounts of data with high speeds but at the same time small latency. Therefore, the telecommunications industry has been confronted with major new challenges, as new innovative technologies and architectures are needed to meet all these new requirements. The 5th generation mobile networks (5G) provide huge speeds and at the same time minimize latency, enabling the application and implementation of new complex and demanding applications. Suffice it to say that 5th generation networks in the microwave band (mmWave) can provide speeds of up to 20Gb/s with a response time of 1ms, which is twenty (20) times higher than the older 4G (LTE) mobile generation. However, the application and implementation of the new 5th generation mobile communication networks in the microwave band (mmWave) creates certain glitches and vulnerabilities in data transmission, with the result that the above speeds and response times cannot be achieved. Thus, to achieve the potential of 5G networks, new ways and methods must be found for the seamless transfer of data, where transport protocols are responsible for this. The TCP protocol, which is the most basic transport protocol in the world of networks, is responsible for the smooth and secure transfer of data from one user to another. However, TCP cannot fully cope with the problems created by the vulnerabilities and weaknesses of 5th generation mobile networks. Therefore, it is necessary to study the application of the TCP protocol in 5th generation (5G) microwave (mmWave) mobile communication networks, and to perform tests with different parameters, in order to identify and analyze the weaknesses and problems it presents. Finally, it is necessary to find ways, methods and mechanisms for the more efficient use of the TCP protocol in 5th generation networks. The need for universal use of the new 5th generation networks is necessary as the demands are increasing, with the result that older generations of networks cannot cope with the requirements of today's society.