Дисертації (ІТТ)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Моделі та методи підвищення захищеності та якості передачі даних в системах мобільного зв’язку(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Астраханцев, Андрiй АнатолiйовичАстраханцев А. А. Моделі та методи підвищення якості передачі даних сервісів в системах мобільного зв’язку. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.12.02 – телекомунікаційні системи та мережі. – Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського" Міністерства освіти і науки України, м. Київ, 2024. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної наукової проблеми створення і наукового обґрунтування комплексної методології управління процесом обслуговування у інформаційно-телекомунікаційній мережі мобільного зв’язку з метою підвищення рівня захищеності та якості процесу обслуговування користувачів. В роботі продемонстровано передумови для виникнення протиріччя, оскільки досі немає єдиної концепції, моделей та методів управління процесом обслуговування у інформаційно-телекомунікаційній мережі мобільного зв’язку з метою підвищення рівня захищеності та якості процесу обслуговування користувачів. Показано, що поява нових джерел трафіку та впровадження нових сервісів, зумовлює підвищення вимог щодо швидкості та якості надання послуг, що в свою чергу вимагає удосконалення програмної частини ядра мережі та обладнання користувача. Також визначено, що в 5G мережі підвищуються вимоги щодо показників захищеності інформаційно-комунікаційних систем через появу нових загроз та реалізацію нових сервісів. На сьогодні дане протиріччя можливо розв’язати шляхом розробки нових принципів, математичних моделей та методів управління процесом обслуговування у інформаційно-телекомунікаційній мережі мобільного зв’язку. У дисертаційній роботі вирішено важливу науково-технічну проблему створення і наукового обґрунтування комплексної методології управління процесом обслуговування у інформаційно-комунікаційній мережі мобільного зв’язку з метою підвищення рівня захищеності та якості процесу обслуговування користувачів. У вступі обґрунтовується актуальність теми дисертаційної роботи. Визначено мету роботи, основні задачі та методи досліджень. Сформульовано наукову новизну і практичне значення отриманих результатів. Перший розділ роботи містить огляд літературних джерел за темою дисертації, проведення аналізу сучасного стану та тенденцій розвитку, особливостей функціонування інформаційно-телекомунікаційної системи на основі 5G, її ключові сервіси та технології. Визначені основні показники якості та захищеності передачі даних у інформаційно-телекомунікаційних системах. Для інформаційно-телекомунікаційних систем на основі мережі 5G визначені основні вразливості та загрози, що можуть впливати на ступінь повноти надання послуг із захисту інформації. Окремо розглянуто вразливості та атаки на існуючі методи віддаленої автентифікації користувачів, визначені їх слабкі місця, які потребують вдосконалення. Проведено огляд методів завадостійкого кодування в мобільних мережах. В другому розділі запропоновано комплексну методологію забезпечення якості передачі та захищеності даних у системі мобільного зв’язку, яка базується на удосконаленій структурі мережі мобільного зв’язку 5G. Запропонована структура забезпечує покращення наведених в розділі 1 показників якості (рівень помилок і втрат пакетів, швидкість передачі інформації, затримка передачі й обробки інформації), показників захищеності (конфіденційність, цілісність, доступність та спостереженість). Для підвищення значень показників якості передачі даних запропоновано поетапне впровадження у вузлі мережі таких кроків, як: вдосконалення методів попередньої обробки даних у вузлах мережі для підвищення точності класифікації і обробки трафіка та зменшення затримки на обробку даних; впровадження новітніх адаптивних методів класифікації трафіка для підвищення ефективності використання мережних ресурсів під час застосування мережних зрізів; впровадження нових методів розподілу трафіка на граничних елементах мережі для підвищення якості застосування технології граничних обчислень з множинним доступом; вдосконалення методів завадостійкого кодування пакетів під час їх передачі мобільною мережею для зменшення рівня помилок і втрат пакетів. При цьому, вдосконалення методів завадостійкого кодування пакетів пропонується до реалізації у модемній частині обладнання користувача. Для вдосконалення показників захищеності, запропоновано впровадження таких кроків як: вдосконалення методу формування біометричного шаблону користувача, в тому числі нового методу об’єднання різних біометричних ознак користувача; застосування методів мережної стеганографії та завадостійкого кодування для підвищення прихованості та завадозахищеності інформації під час проходження процедури віддаленої автентифікації; впровадження нового методу взаємної автентифікації користувачів під час дзвінка, що перекриває ряд загроз пов’язаних із шахрайськими схемами підміни користувача; впровадження нового методу наскрізного шифрування під час дзвінка для підвищення рівня показника конфіденційності; впровадження нових методів управління приватними даними користувача для забезпечення захищеності під час реалізації нових сервісів. Також в розділі запропоновано онтологічну модель системи мобільного зв’язку з урахуванням показнників якості та захищеності. В третьому розділі для зменшення сумарної затримки передачі трафіка було вдосконалено методи обробки пакетів у вузлі мережі за рахунок раціонального вибору параметрів та методів класифікації трафіка, оптимізації кількості ознак, які використовують під час класифікації, а також нових методів кластеризації трафіка. Розроблений новий метод обробки даних у вузлі мережі, який підвищує якість застосування технології граничних обчислень з множинним доступом. Запропоновані методи у поєднанні з застосуванням мережних зрізів дозволяють зменшити затримку передачі трафіка і покращити ефективність 5G мережі в цілому, що знайшло відображення у авторському свідоцтві. В четвертому розділі описано вдосконалення моделей та методів завадостійкого кодування пакетів під час їх передачі мобільною мережею для зменшення рівня помилок і втрат пакетів. Вдосконалення завадостійкого кодування полягає у новому методі формування коду Raptor, вдосконаленні коду LDPC, як прекодеру коду Raptor, а також методі декодування коду Raptor. Вдосконалення моделі Raptor кодів відбувається шляхом внесення процедури перемежіння і змін у матриці формування коду, що дозволило знизити рівень помилок, що не виправляються, а також підвищити швидкість декодування. В п’ятому розділі описано нові моделі захисту приватних даних у пристрої користувача, які відрізняються наявністю нових методів формування біометричного шаблону, об’єднання різних типів біометричних даних, запропонованого завадостійкого методу приховання біометричних даних під час передачі, а також забезпечення двобічної автентифікації та наскрізного шифрування під час дзвінка, що дозволяє уникнути підміни користувача на іншому боці і отримати доступ до сервісів лише авторизованому користувачу, що підвищує на один рівень надання послуг показників конфіденційності, цілісності та спостереженості.Документ Відкритий доступ Комплексний метод планування радіомережі стільникового зв'язку(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Прокопець, Володимир Андрійович; Глоба, Л. С.Прокопець В.А. Комплексний метод планування радіомережі стільникового зв'язку. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 172 – Телекомунікації та радіотехніка. – Національний технічний університет України «Київський Політехнічний Інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2023. У дисертаційній роботі розв’язано актуальну науково-практичну задачу удосконалення процесу планування та оптимізації радіомережі стільникового зв’язку за рахунок застосування технології цифрового двійника. Аналіз специфікацій та рекомендацій Міжнародної спілки електрозв’язку та консорціуму 3GPP (англ. 3rd Generation Partnership Project) щодо особливостей побудови та функціонування стільникових мереж зв’язку показав, що дані особливості мереж стандарту 3GPP суттєво відрізняються, що вимагає різних підходів до процесу планування та оптимізації цих мереж. Аналіз трендів використання даних мереж виявив, що планування та оптимізація мереж другого та третього поколінь є неактуальною задачею, оскільки тренди показують стабільне зменшення частки цих мереж в загальному переданому трафіку. Натомість, доля мереж четвертого та п’ятого поколінь стабільно збільшується, окрім того, прогнози, що надаються провідними телекомунікаційними компаніями показують, що тенденція збільшення частки даних мереж зберігатиметься щонайменше до 2027 року. Таким чином, актуальною є задача планування та оптимізації мереж 4G та 5G. В ході аналізу існуючих підходів щодо планування та оптимізації радіомережі стільникового зв’язку виявлено певні їх недоліки, а саме: фокус виключно на технічному аспекті планування, що робить їх малопридатними для використання в реальній мережі, відсутність автоматичного обміну інформацією з мережею, відсутність інтеграції GIS (англ. Geographical Information System) та фокус на одному з двох шляхів проведення оптимізації (конфігураційний або апаратний), без урахування іншого. В літературі задача планування та оптимізації мережі не розглядалася комплексно, в контексті урахування як технічних, так і економічних, маркетингових та юридичних аспектів. Таким чином, актуальною є задача створення удосконаленого методу планування радіомережі системи стільникового зв’язку, який вирішуватиме основну задачу планування з урахуванням технічного, економічного, маркетингового та юридичного аспектів, можливістю комплексної оцінки рішень щодо оптимізації радіомережі, інтеграцією GIS та автоматизацією обміну даними з мережею щодо її стану. Для вирішення цієї задачі було: 1. Проведено опис основних статистичних показників функціонування радіомережі стільникового зв’язку. Проведений аналіз показників визначив ті, що є суттєвими для процесу планування та оптимізації радіомережі, а саме Об’єм переданих даних, Кількість користувачів, Утилізація канального ресурсу, Відстань від базової станції до користувача, Індикатор якості каналу та Швидкість передачі даних. 2. Серед наведених вище показників було визначено такий, що найбільше підходить для визначення стану ємності мережі – Кількість користувачів. На відміну від показників Утилізації канального ресурсу та Об’єму переданих даних, визначений показник не має суттєвого недоліку – чутливістю до аномальних даних, коли один або декілька користувачів використовують значну частину канального ресурсу для передачі великого об’єму даних. 3. Обрано дванадцять моделей лінійної регресії для експерименту з визначення найкращої моделі для набору даних Кількість користувачів – Швидкість передачі даних. Для визначення залежностей між випадковими величинами широко використовуються регресійні моделі, оскільки статистичні дані можна розглядати як набори випадкових величин, які відповідають певним показникам. 4. Розглянуто модель бюджету каналу зв’язку, яка широко використовується для визначення потужності прийомного сигналу. Головним компонентом даної моделі є втрати на трасі, визначення чого є однією з основних проблем бездротових комунікацій. Було проведено аналіз основних моделей втрат на трасі, таких як Okumura-Hata, Cost 231 та інших. Серед розглянутих моделей найбільш релевантною є модель, запропонована в релізі 3GPP TR 38.901 version 16.1.0 Release 16, оскільки вона була спеціально розроблена для сценарію використання у стільникових мережах 5G, з урахуванням особливостей розповсюдження радіохвиль в широкому діапазоні спектру (500 МГц – 100 ГГц). 5. Запропоновано комплексний метод планування радіомережі стільникового зв’язку, який базується на технології цифрового двійника, враховує стан існуючої мережі, маркетингові прогнози трафіку, та характеризується автоматизованістю, та гнучкістю. Метод може бути використаний на етапах стратегічного, оперативного, тактичного планування радіомережі та виконувати планування в режимі реального часу, що зменшує часові та трудові витрати. Даний метод враховує маркетингові показники (прогнози зміни об’єму трафіку/кількості користувачів), що доцільно для високорівневого попереднього планування, оскільки допомагає визначити потенційні проблемні ділянки мережі, та, відповідно, превентивно виконати розширення ємності цієї ділянки. Метод враховує також економічні параметри (вартість рішень) з метою зменшення обсягу витрачених фінансових ресурсів, що дозволить виконати більшу кількість змін на мережі без збільшення витрат. 6. Запропоновано метод рівномірного розподілу користувачів між сусідніми секторами, який відрізняється від відомих застосуванням технології цифрового двійника для перевірки коректності розподілу методом перебору таких значень кутів нахилу антен та потужностей випромінювання, що забезпечать рівномірний розподіл користувачів між сусідніми секторами. Метод виконує прогнозування зон обслуговування базових станцій із використанням моделі втрат на лінії 3GPP, яка відрізняється гнучкістю та адаптивністю використання в різних сценаріях. 7. Запропоновано метод комплексної оцінки рішень, який враховує технічні, економічні та маркетингові показники функціонування стільникової мережі зв’язку та дозволяє визначити найкраще конфігураційне або апаратне рішення для збільшення ємності ділянки мережі з мінімальними економічними витратами. 8. Запропоновано онтологічну модель цифрового двійника процесу планування радіомережі стільникового зв’язку, яка дозволила описати як статичний так і динамічний аспекти процесу її планування, врахувати мультидисциплінарність цього процесу, а також визначити змістовні логічні зв’язки між компонентами даного процесу. 9. На основі запропонованого комплексного методу планування та оптимізації радіомережі створено програмне забезпечення (ПЗ), яке дозволяє підвищити автоматизованість та гнучкість процесу планування та оптимізації мережі. Запропонована програмна реалізація цифрового двійника побудована на архітектурі SPL (англ. Software Product Line) та містить реалізації запропонованих методів комплексної оцінки рішень та міжсекторального розподілу користувачів, може бути ефективно використана для вирішення задач планування та оптимізації радіомережі стільникового зв’язку, оскільки відповідає вимогам до гнучкості, автоматизованості, часової ефективності, врахуванні маркетингової та економічної компонент. 10. Проведено імітаційне моделювання, результати якого показують, що за наявності точного розподілу користувачів на місцевості та алгоритму розрахунку втрат на трасі, досить простою є задача рівномірного перерозподілу користувачів між сусідніми секторами, а часові витрати на розрахунок повного покриття гіпотетичної гетерогенної мережі (40000 секторів) складають 33 хвилини 36 секунд, що є гарним показником, проте недостатнім для забезпечення функціонування цифрового двійника в режимі реального часу. Використання високопродуктивного процесора та технологій паралельного програмування дасть можливість зменшити часові витрати у 15-20 разів. Використання технології розподіленого обчислення зводить задачу масштабування обчислювальної потужності до суто технічної, що дозволить забезпечити вимоги щодо часових витрат для забезпечення роботи цифрового двійника радіомережі в режимі реального часу.