Μελέτη ετρογενών δικτύων τέταρτης γενιάς (4g)

Abstract

Την τελευταία δεκαετία, η αλµατώδης ανάπτυξη των κινητών και ασύρµατων επικοινωνιών έχει επιφέρει θεµελιώδεις αλλαγές στο σχεδιασµό των ασύρµατων συστηµάτων και των ασύρµατων δικτύων. Η µεγάλη ζήτηση για τις παραδοσιακές υπηρεσίες φωνής έχει ήδη ισοσταθµιστεί από τις εφαρµογές που ασχολούνται µε τη µεταφορά δεδοµένων. Η φιλοσοφία των συστηµάτων κυκλωµατοµεταγωγής (circuitswitched) έχει αντικατασταθεί από αρχιτεκτονικές πακετοµεταγωγής (packet-switched). Η παραδοσιακή αρχιτεκτονική διαστρωµάτωσης των ασύρµατων συστηµάτων επικοινωνιών έχει να αντιµετωπίσει µια µεγάλη πρόκληση από ένα βελτιστοποιηµένο σχεδιασµό που συνδυάζει στοιχεία από πολλά επίπεδα διαστρωµάτωσης (cross-layer design). Από την άλλη µεριά, η µεγάλη πρόοδος του τοµέα της µικροηλεκτρονικής έχει καταστήσει δυνατή την υλοποίηση πολυσύνθετων τερµατικών συσκευών πολύ µικρού µεγέθους ή επίσης πολύ µικρών τηλεφωνικών συσκευών υψηλής νοηµοσύνης που λειτουργούν µε έναν προσαρµοστικό τρόπο στο εκάστοτε µεταβαλλόµενο περιβάλλον (cognitive radios). Ακόµα, ο ρυθµός µετάδοσης των δεδοµένων µέσω ενός ασύρµατου ραδιοδιαύλου έχει αυξηθεί κατά πολύ, από 9,6 kbps το 1995 (στο GSM) σε 2 Mbps το 2005 (σε ένα σύστηµα WCDMA), σηµειώνοντας µία αύξηση περίπου 200 φορές µέσα σε αυτά τα δέκα χρόνια. Η διεθνής ερευνητική κοινότητα έχει βάλει ως στόχο την υλοποίηση των αποκαλούµενων "πέρα από τα 3G" ή "4G" ασύρµατων συστηµάτων και των δικτύων των οποίων οι ρυθµοί µετάδοσης µπορεί να φθάνουν τα 500 Mbps. Ήδη στην Ιαπωνία η εταιρία NTT DoCoMo έχει κάνει τέτοιου είδους πειράµατα. Ακόµη πιο αισιόδοξες προβλέψεις κάνουν λόγο για ρυθµούς µετάδοσης που αγγίζουν το 1 Gbps. Οι µεγάλες απαιτήσεις στην ποιότητα των προσφερόµενων υπηρεσιών από αυτού του είδους τα δίκτυα µας έχουν ωθήσει στην εισαγωγή νέων ιδεών και µεθοδολογιών που αφορούν το σχεδιασµό τους σε µία άλλη βάση. Στην παρούσα διπλωµατική, προσπαθούµε να εισάγουµε όλα τα βασικά θέµατα που άπτονται των ασύρµατων δικτύων της επόµενης γενιάς. Τα περιεχόµενα οργανώνονται σε τρία ξεχωριστά µέρη. Το πρώτο µέρος αποτελείται από τρία κεφάλαια στα οποία παρουσιάζονται οι τρεις κύριες ασύρµατες τεχνολογίες που πρόκειται να παίξουν σηµαντικό ρόλο στα δίκτυα τέταρτης γενιάς. Το δεύτερο µέρος αποτελείται επίσης από τρία κεφάλαια. Εδώ, παρουσιάζουµε και αξιολογούµε διάφορες ιδέες διασύνδεσης προκειµένου να εκµεταλλευτούµε τα συγκριτικά πλεονεκτήµατα των ετερογενών τεχνολογιών που παρουσιάζονται στο πρώτο µέρος. Αυτό γίνεται δίνοντας έµφαση στα ζητήµατα QoS που µας απασχολούν περισσότερο. Αυτά τα ζητήµατα αναλύονται λεπτοµερώς στο τρίτο και τελευταίο µέρος της διπλωµατικής µας, όπου παρουσιάζουµε τα αποτελέσµατά µας από την προσοµοίωση που έχουµε εκπονήσει. Πιο συγκεκριµένα, προσπαθούµε να αναλύσουµε και να υλοποιήσουµε ένα πρόγραµµα ελέγχου αποδοχής κλήσεων µεταξύ ενός UMTS και ενός WLAN συστήµατος. Τα αποτελέσµατα της τελικής προσοµοίωσης παρουσιάζονται και αναλύονται µε έναν πολύ σαφή τρόπο και στο τέλος, αφού έχουµε αναλύσει τα συµπεράσµατά µας, προτείνουµε κάποιες ιδέες για περισσότερη ερευνητική δραστηριότητα στο µέλλον.