Введение
Глава 1. Основные понятия, определения и структура гетерогенных сетей связи 5G 29
1.1 Предпосылки появления сетей связи 5G и направления их развития 29
1.1.1 Истоки возникновения сетей связи пятого поколения 29
1.1.2 Основные векторы развития радиотехнологий 5G 31
1.2 Возможности использования беспроводного спектра 36
1.2.1 Различные способы организации управления спектром 36
1.2.2 Изменение беспроводного ландшафта в эпоху 5G 39
1.3 Интеграция сетей связи 5G с Интернетом вещей 41
1.3.1 Становление конвергентной экосистемы 5G-IoT 41
1.3.2 Гетерогенные сети 5G для поддержки Индустриального Интернета 46
1.4 Стандартизация сетей связи 5G и анализ ее требований 49
1.4.1 Возникновение Интернета мобильных и надежных вещей 49
1.4.2 Цели и задачи стандартизации систем 5G 52
1.4.3 Особенности различных сценариев применения 5G 55
1.5 Структура последующего изложения 56
Глава 2. Интеграция технологий радиодоступа и уплотнение сети 58
2.1 Предварительные замечания 58
2.2 Варианты интеграции технологий радиодоступа 59
2.2.1 Необходимость интеграции радиотехнологий 59
2.2.2 Типы архитектуры гетерогенной сети 62
2.3 Анализ интегрированной сотовой и локальной сети доступа 67
2.3.1 Совместный учет динамики трафика и размещения узлов 67
2.3.2 Подход к анализу гетерогенных сетей доступа 70
2.3.3 Результаты анализа интегрированной сети доступа 79
2.4 Анализ уплотнения сетей доступа и учет динамики их загрузки 83
2.4.1 Совмещенные модули доступа LTE и WiFi 83
2.4.2 Моделирование сверхплотных совмещенных покрытий 85
2.4.3 Результаты сравнения алгоритмов 94
2.5 Управление доступом и радиоресурсами в интегрированных сетях 101
2.5.1 Различные классы алгоритмов управления трафиком 101
2.5.2 Сравнительный анализ алгоритмов управления трафиком 107
2.6 Выводы 114
Глава 3. Использование прямых соединений между устройствами и крайне высоких частот 115
3.1 Предварительные замечания 115
3.2 Целесообразность и варианты использования прямых соединений 116
3.2.1 Обоснование и применение связи «устройство – устройство» 116
3.2.2 Альтернативные радиотехнологии для соединений D2D 118
3.2.3 Обнаружение соседей и установление соединения D2D 122
3.3 Использование прямых соединений на нелицензированных частотах 125
3.3.1 Изучение связи D2D в нелицензированном спектре 125
3.3.2 Подход к анализу систем D2D 127
3.3.3 Имитационное моделирование и его результаты 136
3.4 Анализ использования крайне высоких частот в сетях нового поколения 143
3.4.1 Перспективы связи на крайне высоких частотах 143
3.4.2 Подход к моделированию связи mmWave 146
3.4.3 Динамика процесса блокирования передачи 148
3.5 Перспективные сценарии применения связи на крайне высоких частотах 154
3.5.1 Моделирование распространения миллиметровых волн 154
3.5.2 Изучение реалистичного сценария использования mmWave 158
3.5.3 Полученные результаты и их обсуждение 162
3.6 Выводы 171
Глава 4. Поддержка приложений Интернета вещей и распространение носимых устройств 173
4.1 Предварительные замечания 173
4.2 Способы организации беспроводного доступа вещей в современных сетях 174
4.2.1 Особенности возникновения и развития Интернета вещей 174
4.2.2 Современные радиотехнологии для связи M2M 180
4.3 Анализ начального доступа в сотовых системах M2M 186
4.3.1 Характеристики работы канала случайного доступа в LTE 186
4.3.2 Анализ производительности сотовых систем M2M 194
4.4 Предпосылки и последствия распространения носимых устройств 203
4.4.1 Возможности современного носимого оборудования 203
4.4.2 Особенности применения носимых устройств в условиях их высокой плотности 205
4.4.3 Альтернативные радиотехнологии для массового размещения носимого оборудования 207
4.5 Повышение энергетической эффективности доступа носимых устройств 212
4.5.1 Сети носимых устройств на основе mmWave-соединений 212
4.5.2 Моделирование mmWave-системы носимых устройств 214
4.5.3 Основные численные результаты и их интерпретация 223
4.6 Выводы 228
Глава 5. Применение гетерогенных сетей 5G и их перспективные приложения 229
5.1 Предварительные замечания 229
5.2 Управление прямым соединением устройств в сотовых сетях 230
5.2.1 Контроль связи D2D через систему 3GPP LTE 230
5.2.2 Общесистемное исследование работы прямых соединений 239
5.2.3 Прототипирование системы выгрузки на соединения D2D 246
5.3 Анализ практического использования прямых соединений для обмена данными 253
5.3.1 Прямое взаимодействие с сетевым кодированием 253
5.3.2 Моделирование прямого обмена контентом 256
5.3.3 Моделирование системы распределения контента 263
5.4 Интеграция систем удаленного хранения и обработки данных 274
5.4.1 Дальнейшее развитие сетей следующего поколения 274
5.4.2 Перспективные пользовательские приложения и услуги в 5G 277
5.4.3 Эволюция архитектуры систем связи 5G 281
5.5 Выводы 285
Заключение 286
Список литературы 288
Список рисунков 329
Список таблиц 334
Список приложений 335
Приложение А. Анализ интегрированной гетерогенной сети доступа 336
А.1 Особенности слоев гетерогенной сети доступа 336
А.1.1 Модель слоя WLAN 336
А.1.2 Модель пикослоя 337
А.1.3 Модель макрослоя 339
А.2 Подход к аналитическому моделированию 341
А.2.1 Анализ процессов в макрослое 341
А.2.2 Анализ процессов в слое WLAN и пикослое 342
А.3 Стационарное состояние системы 344
А.4 Основные переходы в системе 346
А.4.1 Переходы в макрослое 346
А.4.2 Переходы в слое WLAN 347
А.4.3 Переходы в пикослое 350
А.5 Вспомогательные вычисления 351
А.5.1 Некоторые распределения для макрослоя 352
А.5.2 Некоторые распределения для слоя WLAN 353
А.5.3 Некоторые распределения для пикослоя 356
Приложение Б. Анализ совмещенной гетерогенной сети доступа 360
Б.1 Подход к анализу и общие замечания 360
Б.2 Моделирование динамики системы связи 361
Б.3 Основные вычисления для сети WiFi 365
Б.4 Основные вычисления для сети LTE 368
Б.5 Базовый алгоритм: предпочтительное использование технологии WiFi 372
Б.6 Продвинутый алгоритм: одновременное использование технологий LTE и WiFi 374
Б.7 Важное практическое обобщение 375
Б.8 Вспомогательные вычисления 377
Б.8.1 Интенсивность переходов для процесса после укрупнения состояний 377
Б.8.2 Средняя площадь пересечения накладывающихся зон покрытия 379
Приложение В. Анализ интегрированных сотовой системы и сети D2D 381
8.1 Моделирование сети D2D 381
8.1.1 Вероятностная модель 381
8.1.2 Стационарное распределение вероятностей 382
8.1.3 Энергетическое потребление 384
8.2 Моделирование сотовой системы связи 385
8.2.1 Вероятностная модель 385
8.2.2 Стационарное распределение вероятностей 385
8.2.3 Энергетическое потребление 387
8.3 Вспомогательные вычисления 388
8.3.1 Слой D2D 389
8.3.2 Сотовый слой: алгоритм MR 390
8.3.3 Сотовый слой: алгоритм FU 392
Приложение Г. Анализ энергетической эффективности mmWave-системы носимых устройств 394
Г.1 Моделирование сети доступа в целом 394
Г.1.1 Протокол доступа к каналу 394
Г.1.2 Геометрия сети связи 400
Г.1.3 Направленность передачи 401
Г.1.4 Расширения предложенной модели 406
Г.2 Анализ энергетической эффективности сети 409
Приложение Д. Анализ применения сетевого кодирования в системе D2D с сетевым содействием 413
Д.1 Моделирование системы распределения контента 413
Д.1.1 Жизненный цикл контента 414
Д.1.2 Доставка контента получателям 414
Д.1.3 Базовый режим распределения контента 417
Д.1.4 Кодированный режим распределения контента 418
Д.2 Вспомогательные вычисления 421
Д.2.1 Описание фазы роста 421
Д.2.2 Описание фазы сокращения 424
Приложение Е. Документы, подтверждающие внедрение основных результатов диссертационной работы 427
