Метод адаптивного планування радіоресурсів та керування повторними передачами для підвищення якості голосових послуг VoNR у мережі 5G
Вантажиться...
Дата
2026
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Ветошко І.П. Метод адаптивного планування радіоресурсів та керування повторними передачами для підвищення якості голосових послуг VoNR у мережі 5G. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії за спеціальністю 172 – «Телекомунікації та радіотехніка». – Навчально-науковий інститут телекомунікаційних систем Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026.
Актуальність теми дисертаційної роботи зумовлена наявністю протиріч між жорсткими часовими вимогами до якості голосових послуг VoNR у мережах 5G SA та можливостями існуючих механізмів планування й адаптації радіоінтерфейсу, які переважно орієнтовані на усереднені канальні показники та максимізацію пропускної здатності. Додаткове протиріччя полягає у розбіжності між QoS-контекстом, що формується в ядрі 5GC у вигляді QoS-політик і профілів 5QI, та фактичним контуром прийняття керувальних рішень у сегменті NG-RAN щодо розподілу радіоресурсів, вибору модуляційно-кодових схем і керування повторними передачами HARQ. Унаслідок цього прийнятні середні значення BLER і затримки можуть поєднуватися з підвищеною часткою пакетів, доставлених із перевищенням граничного часу, та зростанням кількості багатократних повторних передач, що безпосередньо погіршує якість сприйняття мовлення та знижує оцінку MOS. У дисертації розв’язано наукове завдання розроблення інтегрованого кросрівневого методу адаптивного планування радіоресурсів і MOS-орієнтованого керування повторними передачами HARQ та цільовим рівнем BLER для голосових послуг VoNR у мережі 5G SA. Метод ґрунтується на прогнозуванні стану радіоканалу із застосуванням методів машинного навчання та використанні поточних і накопичувальних показників QoS. Це забезпечує підвищення часової надійності доставки RTP-пакетів, зменшення затримки та її варіації, зниження частки втрат і пакетів, доставлених із перевищенням граничного часу, а також скорочення частки випадків двох і більше повторних передач транспортних блоків. У результаті забезпечується стабільно високий рівень інтегральної оцінки якості мовлення за показником MOS. У першому розділі здійснено аналітичний огляд чинників і механізмів, що визначають забезпечення якості голосових послуг VoNR у мережах 5G SA. Обґрунтувано необхідність врахування часових характеристик доставки RTP-пакетів і впливу повторних передач HARQ на радіоінтерфейсі під час оцінювання показників якості обслуговування та якості сприйняття. У другому розділі сформовано теоретико-методичні засади дослідження якості обслуговування голосового трафіку VoNR у мережах 5G SA. Систематизовано часові вимоги та механізми QoS, запропоновано модель RTP-потоку з формалізацією подій доставки пакетів. Встановлено критичний вплив порушень граничного часу доставки та багатократних повторних передач на показник MOS. У третьому розділі розроблено інтегрований метод адаптивного планування радіоресурсів та керування повторними передачами HARQ для підвищення якості голосових послуг VoNR у мережах 5G SA. Метод поєднує прогнозування параметрів радіоканалу на основі моделей машинного навчання з узгодженим керуванням параметрами радіоінтерфейсу, процедурами HARQ і рішеннями щодо планування розподілу радіоресурсів. У четвертому розділі проведено експериментальне оцінювання ефективності запропонованого методу на основі імітаційного моделювання у середовищі MATLAB та його порівняння з базовими схемами планування. Отримані результати підтверджують переваги інтегрованого методу та слугують основою для формування практичних рекомендацій щодо його застосування в мережах 5G SA. Основні наукові результати дисертаційної роботи: 1. Вперше запропоновано інтегрований крос-рівневий метод адаптивного планування радіоресурсів для голосового трафіку VoNR у мережах 5G SA. Особливістю методу є реалізація єдиного замкненого контуру керування на рівнях RRM і MAC з урахуванням QoS-контексту ядра 5GC. У межах цього контуру формуються взаємопов’язані керувальні впливи щодо вибору модуляційно-кодових схем, розподілу радіоресурсів, налаштування параметрів HARQ і цільового рівня BLER. Запропонований підхід забезпечує узгоджену адаптацію до нестаціонарності радіоканалу та змінного мережевого навантаження й спрямований на стабілізацію показників QoS і QoE голосового трафіку VoNR у сегменті NG-RAN. 2. Удосконалено математичну модель задачі адаптивного планування радіоресурсів для голосового трафіку VoNR у мережах 5G SA. Модель відрізняється дискретною постановкою задачі керування на рівнях RRM і MAC з формуванням вектора стану системи на основі поточних показників PHY-рівня, статистики HARQ та накопичувальних показників якості обслуговування у ковзному часовому вікні. До складу вектора стану включено індикатори часової надійності доставки, зокрема частку пакетів, доставлених із перевищенням граничного часу, та показники багатократних повторних передач HARQ. Динаміку радіоканалу описано стохастичною моделлю на основі марківського процесу, а QoSконтекст 5GC враховано у вигляді системи обмежень і пріоритетів керування для NGRAN. Це забезпечує формалізований зв’язок між параметрами радіодоступу та інтегральними показниками якості сервісу VoNR. 3. Розроблено математичну модель MOS-орієнтованого керування механізмами HARQ і цільовим рівнем BLER. На відміну від традиційних підходів, орієнтованих переважно на оптимізацію середнього значення BLER або максимізацію пропускної здатності, у запропонованій моделі інтегральну оцінку якості мовлення за показником MOS використано як цільову функцію керування. Модель забезпечує динамічний вибір модуляційно-кодових схем і адаптивне налаштування цільового рівня BLER з урахуванням впливу повторних передач HARQ на своєчасність доставки RTP-пакетів у межах граничного часу. Реалізація MOSорієнтованого контуру керування дає змогу зменшити частку пакетів, доставлених із перевищенням граничного часу, та випадків двох і більше повторних передач транспортних блоків за одночасного збереження ефективності використання радіоресурсів. Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що розроблений інтегрований крос-рівневий метод адаптивного планування радіоресурсів і MOSорієнтованого керування механізмами HARQ та цільовим рівнем BLER для VoNR у мережі 5G SA створює підґрунтя для розв’язання прикладних задач проєктування, налаштування та експлуатаційної оптимізації радіодоступу NG-RAN, зокрема дає змогу: - здійснювати обґрунтоване налаштування параметрів планування на рівнях RRM і MAC для голосового трафіку VoNR з урахуванням QoS-контексту 5GC та вимог профілів 5QI; - підвищувати часову надійність доставки RTP-пакетів шляхом формування узгоджених керувальних дій щодо вибору модуляційно-кодових схем, розподілу радіоресурсів, параметризації механізмів HARQ та адаптивного налаштування цільового рівня BLER, орієнтованого на показник MOS; - зменшувати частку пакетів із порушенням граничного часу доставки та випадків багатократних повторних передач транспортних блоків за збереження ефективності використання радіоресурсу в умовах нестаціонарного радіоканалу та змінного навантаження; - здійснювати порівняльне оцінювання й верифікацію алгоритмів планування та процедур адаптації для VoNR за сукупністю показників QoS і QoE (затримка, варіація затримки, втрати пакетів, індикатори часової надійності доставки, статистика повторних передач HARQ); - використовувати розроблену імітаційну модель і програмний комплекс у середовищі MATLAB для передпроєктного аналізу сценаріїв параметризації VoNR у мережах 5G SA, проведення лабораторних досліджень і навчально-методичного забезпечення підготовки фахівців у галузі мобільних мереж нового покоління; - формувати практичні рекомендації щодо інтеграції запропонованих алгоритмічних рішень у програмне забезпечення NG-RAN на рівнях RRM і MAC та узгодження керувальних дій із QoS-політиками 5GC.
Опис
Ключові слова
мережа 5G, голосові послуги VoNR, якість обслуговування, якість сприйняття, надійність, планування радіоресурсів, пропускна здатність, прогнозування, оптимізація, математична модель, машинне навчання, трафік, 5G network, VoNR voice services, quality of service, quality of experience, reliability, radio resource scheduling, throughput, prediction, optimization, mathematical model, machine learning, traffic
Бібліографічний опис
Ветошко, І. П. Метод адаптивного планування радіоресурсів та керування повторними передачами для підвищення якості голосових послуг VoNR у мережі 5G : дис. … д-ра філософії : 172 Телекомунікації та радіотехніка / Ветошко Іван Петрович. – Київ, 2026. – 218 с.