• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Летняя школа 2018

Летом 2018 г. НУЛ телекоммуникационных систем организует летнюю школу для студентов, интересующихся беспроводными сетями. В рамках летней школы студенту будет предоставлена новая актуальная задача, которую можно решить в течение месяца, а также научный руководитель, вместе с которым эта задача решается в режиме 24х7. По итогам летней школы студент пишет статью на научную конференцию. Участие в летней школе бесплатное. Точные даты летней школы и порядок ее проведения согласуются научным руководителем и студентом индивидуально.

Для участие в летней школе студентам нужно ознакомиться с предложенными задачами, прислать заявку на участие в летней школе до 5 мая 2018 г. Для этого заполните, пожалуйста форму.

По всем вопросам обращайтесь по электронной почте e k h o r o v [@] h s e [.] ru . В теме письма укажите “Летняя школа 2018.

Задача 1. Аналитическая модель метода доступа к нелицензируемой полосе в сетях 5G

В последнее время наблюдается значительный рост объема информации, передаваемой в сотовых сетях. Это проводит к тому, что с каждым годом становится все труднее удовлетворить растущие требования пользователей к пропускной способности сотовых сетей. Для увеличения пропускной способности сотовых сетей, планируется использовать для передачи данных нелицензируемые полосы частот, которые уже используются другими технологиями беспроводной связи (например, Wi-Fi). В сетях 4G LTE для доступа к нелицензируемой полосе был разработан метод доступа LAA (англ. License-assisted access). Согласно спецификации, базовая станция LTE-LAA получает доступ к каналу по принципу CSMA, но может начать передачу данных только одновременно с началом кадра в лицензируемой полосе, т.е. в моменты времени, идущие с периодом T=1мс.

Более подробно, перед передачей ей необходимо выполнить процедуру отсрочки (LBT, Listen Before Talk), схожую с аналогичной процедурой в сетях Wi-Fi. Однако, в связи с тем, что между моментом завершения процедуры отсрочки и ближайшим возможным началом передачи LTE-LAA нелицензируюмую полосу может занять передача данных сети Wi-Fi, производительности сети LTE-LAA может значительно снижаться при большом числе устройств Wi-Fi, работающих в той же полосе.

В отличие от 4G LTE, в сетях 5G планируется уменьшить период T моментов, в которые базовая станция 5G может начать передачу данных в нелицензируемой полосе после выполнения процедуры отсрочки. В рамках летней школы планируется разработать аналитическую модель, позволяющую оценить пропускную способность сетей 5G в зависимости от периода T и числа Wi-Fi станций, работающих в той же полосе.

Результаты летней школы

  • Математическая модель взаимного существования сетей Wi-Fi и сотовых сетей 5G.
  • Реализация разработанной модели в одном следующих языков программирования: R, Matlab, Python, C/C++.
  • Анализ зависимостей пропускных способностей сети Wi-Fi и 5G в зависимости от периода T.
  • Полученные результаты оформляются в виде статьи на конференцию Информационные технологии и системы 2018 (ИТиС 2018), а затем на конференцию IEEE ICC 2019.

Требования к студенту:

Обязательные:

  • Базовые представления о сетях передачи данных.
  • Базовые знания теории вероятностей, умение и желание решать математические задачи.
  • Элементарные навыки программирования.
  • Английский язык на уровне чтения технической литературы (статей, стандартов, руководств и т.д.).
  • Необходимо хорошо разобраться в статье Бьянки

Желательные:

  • Представление о теории марковских процессов
  • Опыт работы с системой верстки текста LaTeX.
  • Знание системы контроля версий SVN.
  • Навыки работы с языками программирования, такими как С/С++, R, Matlab или Python.
  • Знание основ работы протокола IEEE 802.11

Задача 2. Исследование эффекта скрытых станций в сетях Wi-Fi с учетом захвата канала

Метод случайного доступа, используемый в сетях Wi-Fi, может не обеспечивать справедливое распределение канальных ресурсов в случае, если станции находятся вне зоны радиовидимости друг друга. Более того, если принимающие устройства обладают способностью принимать наиболее сильный кадр из пересекающихся передач (эффект захвата канала), то ни один из существующих механизмов борьбы со скрытыми станциями, предусмотренных стандартом Wi-Fi не является эффективными.

В рамках задачи предлагается реализовать эффект захвата канала в SDR NI USRP RIO 2944R. Затем нужно построить экспериментальную установку из трех USRP, в которой будет осуществлена передача данных от двух устройств одному. С помощью построенной установки необходимо провести анализ эффективности механизмов борьбы со скрытыми станциями.

Также предлагается выяснить, как именно механизмы борьбы со скрытыми станциями реализованы в реальных устройствах.

Результаты Летней школы

  • Прототип устройства с эффектом захвата канала.
  • Экспериментальная установка, позволяющая исследовать эффект скрытых станций.
  • Зависимости ключевых показателей работоспособности соединений (пропускная способность, доля потерянных пакетов) в зависимости от параметров протокола и физических условий.

Полученные результаты оформляются в виде статьи на конференцию Информационные технологии и системы 2018 (ИТиС 2018). Также планируется подача работы на англоязычную конференцию IEEE.

Требования к студенту

Обязательные

  • Базовые навыки программирования
  • Английский язык на уровне чтения технической литературы (статей, стандартов, руководств и т.д.)
  • Терпение, любовь к экспериментам

Желательные

  • Понимание принципов работы FPGA
  • Знание основ математической статистики

Задача 3. Разработка планировщика ресурсов для сетей IEEE 802.11ax для случая частотно-селективного канала

Сеть Wi-Fi состоит из точки доступа, к которой подключена группа из N станций. Изначально станции не имеют кадров на передачу. В случайные моменты времени у станций появляются данные, которые им необходимо передать точке доступа. Если у станции нет данных на передачу, время до появления очередного кадра описывается заданным распределением. Размер блока данных, появившегося у станции, является случайным, а его распределение задано.

Получив новый кадр, станция при помощи метода случайного доступа передаёт точке доступа запрос канальных ресурсов.

Непосредственная передача данных в сети проводится при помощи множественного доступа с ортогональным частотным разделением (OFDMA). Для этого точка доступа периодически широковещательно рассылает триггер-кадры (ТК), после которых канал на некоторое время  делится между передающими станциями. В ТК содержится расписание, определяющее то, в каком частотном поддиапазоне может передавать конкретная станция. После того, как станции передают данные, точка доступа широковещательно рассылает кадр MSBA (блочное подтверждение множеству станций, англ. Multi-Station Block  Acknowledgement), в котором подтверждает передачу данных каждой станции.

Точка доступа может выделять канальные ресурсы в виде ресурсных блоков (РБ), возможные конфигурации которых представлены на рисунке. Одной станции можно одновременно назначить один РБ, но ширина РБ может быть разной. Например, в канале шириной 40 МГц можно выдать одной станции РБ шириной 484 тона, что означает, что эта станция может занять весь канал своей передачей. Можно выдать 7 станциям ресурсные блоки шириной 106, 106, 52, 52, 26, 26 и 26 тонов, соответственно, при этом часть канальных ресурсов останется незадействованной. Возникает задача планирования ресурсов, которая состоит из нескольких частей: разделение канала на ресурсные блоки, выбор соответствия между ресурсными блоками и станциями, выбор сигнально-кодовой конструкции (СКК), с которой станции будут в этих РБ передавать.

При разработке планировщика задаётся некоторая функция полезности, которую данный планировщик должен максимизировать. Примером функции полезности является суммарное количество данных, передаваемых в сети. Другой пример: среднее геометрическое количества данных, переданных станциями Пусть задана некоторая конфигурация РБ, в которой они нумеруются от 1 до J. Определим величину λ(i, j, c) — прирост функции полезности в случае, когда станции номер i выдаётся РБ номер j и используется СКК c. При заданной конфигурации РБ и СКК задача максимизации функции планировщика сводится к максимизации суммы

где x(i, j) равняется 1 если станция i получает РБ j, а в противном случае равняется 0. Оптимизация проводится по индикаторам x(i, j), при ограничениях на то, что станция не может получить более одного РБ, и один РБ не может быть выделен более, чем одной станции. Данная задача решается за полиномиальное время при помощи Венгерского алгоритма. Таким образом, при заданной конфигурации РБ и СКК задача назначения ресурсов решается достаточно быстро.

Выбор наилучшей СКК можно осуществить полным перебором, так как количество доступных СКК невелико (12 штук), а функцию λ(i, j, c) можно поставить равной нулю, если станция i не поддерживает передачу на CКК c в заданном РБ и при планировании ресурсов просто не будут учитываться станции, не поддерживающие заданную СКК.

Но ещё остаётся вопрос выбора конфигурации РБ. В случае, когда канал является плоским, все ресурсные блоки одинаковой ширины неотличимы друг от друга с точки зрения функции λ(i, j, c), и можно осуществить перебор всех возможных конфигураций РБ, отсекая конфигурации, которые сводятся к уже рассмотренным простой перестановкой. Однако если канал является частотно-селективным, мощность сигнала от станции в одном РБ может значительно отличаться от мощности сигнала в РБ такой же ширины, но расположенном на другой частоте, в результате чего набор СКК, поддерживаемых станцией в разных РБ будет отличаться. В таком случае перебор всех возможных конфигураций РБ неприемлем, так как число возможных вариантов значительно возрастает.

В рамках Летней школы ставится задача разработки планировщика ресурсов для частотно-селективного канала. Перед студентом ставится задача реализовать имитационную модель частотно-селективного канала, реализовать алгоритм и проверить его эффективность при различных целевых функциях.

Результаты Летней школы

  • Алгоритм планирования ресурсов для сетей IEEE 802.11ax.
  • Имитационная модель частотно-селективного канала и процесса передачи данных в сетях IEEE 802.11ax.
  • Сравнение разработанного планировщика ресурсов с рядом предложенных из литературы.

Полученные результаты оформляются в виде статьи на конференцию Информационные технологии и системы 2018 (ИТиС 2018). Расширенная и дополненная версия работы на английском языке будет подана на международную  конференцию.

Требования к студенту

Обязательные

  • Базовые навыки программирования на С и на Python
  • Английский язык на уровне чтения технической литературы (статей, стандартов, руководств и т.д.)

Желательные

  • Знание алгоритмов оптимизации

Задача 4. Исследование одиночных передач в RAW-слотах

В 2017 году был опубликован стандарт IEEE 802.11ah. В стандарте вводится механизм ограничения конкуренции, называемый окном ограниченного доступа. При использовании этого механизма станции делятся на группы, точка доступа выделяет каждой группе RAW-слоты (RAW — Restricted Access Window, окно ограниченного доступа) равной длительности внутри интервала времени, который называют окном ограниченного доступа. По-умолчанию станции каждой группы осуществляют конкуренцию за доступ к каналу только внутри выделенных им RAW-слотов. При этом используется стандартный для сетей Wi-Fi метод EDCA (Enchanced Distributed Channel Access).

В рамках Летней школы предлагается рассмотреть следующий сценарий: внутри некоего выделенного RAW-слота осуществляет передачу k станций, где k — случайное целое число с известным распределением (например, биномиальным). Длительность RAW-слота установлена таким образом что может быть совершена лишь одна попытка передачи. Параметры метода EDCA (такие как начальное конкурентное окно) для каждой станции известны. Предлагается построить аналитическую модель вышеописанного сценария, позволяющую найти долю потерянных пакетов, энергопотребление, использование канального ресурса; проверить модель с использованием средств имитационного моделирования, провести анализ полученных результатов.

Результаты Летней школы

  • Математическая модель передачи данных в описанном сценарии
  • Имитационная модель передачи данных в описанном сценарии
  • Программные реализации вышеупомянутых моделей
  • Анализ результатов, полученных посредством моделирования

Полученные результаты оформляются в виде статьи на конференцию Информационные технологии и системы 2018 (ИТиС 2018). Также планируется подача работы на англоязычную конференцию IEEE.

Требования к студенту

Обязательные

  • Элементарные навыки программирования, решения математических задач
  • Базовое знание теории вероятности, комбинаторики, базовые представления о телекоммуникациях
  • Знание алгоритма работы метода DCF/EDCA (будет рассказан на лекции)

Желательные

  • Опыт работы с LaTeX, SVN
  • Навыки работы с языками C/C++/Java и Python/R/Matlab
  • Английский язык на уровне чтения технической литературы

 

Задача 5. Анализ характеристик видео-потоков, генерируемых популярными видео-сервисами

За последние годы доля видео-потоков в общем объеме трафика значительно увеличилась, достигнув 73% в 2016 году, и продолжает расти. Значительная часть этого трафика генерируется популярными видео-сервисами, такими как, например, YouTube, NetFlix, Twitch, и др., использующими технологию адаптивной загрузки видео-потока по протоколу HTTP (DASH, Dynamic Adaptive Streaming over HTTP). С помощью DASH, видео-плеер может начать проигрывание видео до его полной загрузки, а также он может менять разрешение закачиваемого видео в процессе загрузки в зависимости от текущей пропускной способности пользователя и/или других параметров, для того чтобы минимизировать длительность пауз при просмотре и максимизировать качество видео-потока.

Однако, качество просматриваемого видео-потока можно улучшить не только за счет адаптивного алгоритма выбора разрешения, но и за счет алгоритмов обслуживания трафика, работающих на точке доступа/базовой станции. Разработка таких алгоритмов является весьма сложной задачей, из-за того что для их работы часто нужна информация о характеристиках передаваемого потока (например, о битрейте потока при различных разрешениях), которая недоступна на точке доступа/базовой станции из-за того, что видео-сервисы почти всегда используют шифрование по протоколу HTTPS. Кроме того, характеристики видео-потоков могут значительно отличаться для различных видео-сервисов.

В рамках летней школы cтуденту предлагается сравнить характеристики видео-потоков, генерируемых различными видео-сервисами (YouTube, NetFlix, Twitch, и др.), и определить зависимости характеристик видео-потоков от различных параметров. В частности, будет необходимо проверить гипотезу о том, что при фиксированном разрешении (например, 480p) средний битрейт видео-потока зависит от используемых видео-сервиса и устройства для просмотра видео, и при этом мало зависит от содержания самого видео.

Результаты летней школы

  • Разработка программы для автоматического сбора данных о характеристиках видео-потоков различных видеосервисов на языке C/C++/Python
  • Анализ характеристик видео-потоков в зависимости от различных параметров, проверка гипотезы о независимости среднего битрейта от содержания видео-потока
  • Полученные результаты оформляются в виде статьи на конференцию Информационные технологии и системы 2018 (ИТиС 2018). Также планируется подача работы на англоязычную конференцию.

Требования к студенту

Обязательные:

  • Базовые представления о сетях передачи данных, протоколе HTTP.
  • Навыки работы с языками программирования С/С++ и/или Python.
  • Английский язык на уровне чтения технической литературы (статей, стандартов, руководств и т.д.)

Желательные:

  • Опыт работы с системой верстки текста LaTeX.
  • Знание системы контроля версий SVN.
  • Умение работать с программой-анализатором трафика Wireshark.

Задача  6. Реализация модели передачи данных в слотах переменной длительности для радиоинтерфейса New Radio в среде имитационного моделирования NS-3

В начале 2018 года опубликована спецификация нового радиоинтерфейса (англ. New Radio, NR) для сетей 5G. Одним из главных отличий радиоинтерфеса NR от существующего радиоинтерфеса LTE является возможность адаптивного выбора длительности передачи пакета данных в зависимости от обслуживаемого типа трафика. В частности,  при использовании радиоинтерфеса LTE передача данных может осуществляется только в слотах фиксированной длительности, равной 1 мс. Однако для ряда сервисов, которые должны будут предоставляться в сетях 5G (например, сервиса сверхнадежной связи с малой задержкой), требует обеспечить время доставки данных менее одной миллисекунды. Для решения данной проблемы NR предоставляет возможность осуществлять передачу данных в слотах переменной длительности. Так, например, для сервиса сверхнадежной связи с малой задержкой длительность слота может быть уменьшена до сотен микросекунд. Уменьшение длительности слота с одной стороны приводит к уменьшению задержки при передаче данных, однако, с другой стороны, приводит необходимости осуществлять передачу коротких пакетов, что может существенно снижать спектральную эффективность использования ресурсов радиоканала.

В рамках данной задачи студенту предлагается реализовать модель передачи данных в слотах переменной длительности с использованием среды имитационного моделирования NS-3. С помощью модели будет исследовано, как выбор длительности слота влияет на эффективность передачи данных для различных типов трафика. В частности, будут рассмотрены следующие сценарии: (i) передача  широкополосного трафика (Web-трафика), (ii) передача широкополосного трафика и трафика сверхнадежной связи с малой задержкой. В первом сценарии будет исследовано, как длительность слота влияет на среднее время загрузки (скорость загрузки) Web-страниц. Заметим, что передача Web-страниц осуществляется с использованием протокола транспортного уровня TCP. Во втором сценарии будет исследовано, как длительность слота влияет на: (а) возможность выполнения заданных ограничений на время и вероятность доставки пакетов для трафика сверхнадежной связи с малой задержкой и (б) среднее время загрузки (скорость загрузки) Web-страниц. На основе проведенного исследования будет дана рекомендация (или предложен адаптивный алгоритм) по выбору длительности слота, учитывающие требования к качеству обслуживания для различных типов трафика.

Результаты летней школы:

  • Имитационная модель передачи данных в слотах переменной длительности для радиоинтерфейса New Radio в среде имитационного моделирования NS-3
  • Анализ влияния выбора длительности слота на эффективность обслуживания широкополосного трафика и трафика сверхнадежной связи с малой задержкой.
  • Полученные результаты оформляются в виде статьи на конференцию Информационные технологии и системы 2018 (ИТиС 2018), а затем на одну из конференций IEEE ComSoc.

Требования к студенту:

Обязательные:

  • Базовые представления о сетях передачи данных
  • Владение языками программирования С/С++. Умение и желание разбираться с большим объемами кода
  • Английский язык на уровне чтения технической литературы (статей, стандартов, руководств и т.д.)

Желательные:

  • Знание систем контроля версий SVN, Mercurial и/или Git
  • Опыт работы с системой верстки текста LaTeX
  • Знание основ работы технологии LTE

 

Нашли опечатку?
Выделите её, нажмите Ctrl+Enter и отправьте нам уведомление. Спасибо за участие!
Сервис предназначен только для отправки сообщений об орфографических и пунктуационных ошибках.