В статье рассматривается разгрузка мобильного трафика данных через оппортунистические транспортные коммуникации.
Ключевые слова: мобильный трафик, оппортунистические сети, VRank, Wi-Fi, сотовые сети.
Чтобы справиться с экспоненциально возрастающим спросом на мобильный трафик данных в сотовой сети, в качестве дополнительного средства для разгрузки и уменьшения нагрузки сотовой сети можно использовать оппортунистическую связь на основе близости. В этой статье предлагается двухфазный подход к разгрузке мобильного трафика данных, который использует оппортунистический контакт и будущую полезность с мобильностью пользователей.
Предложенный подход включает в себя одну фазу выбора исходного источника и последующую фазу передачи данных. На этапе 1 строится взвешенный график достижимости, который является очень полезной абстракцией высокого уровня для изучения транспортной связи во времени. Затем следует алгоритм выбора исходного источника, названный VRank, и применим его в графе достижимости веса, чтобы идентифицировать некоторые влиятельные носители, чтобы служить начальными источниками в соответствии с рангом VRank. На этапе 2 формулируется проблема графика пересылки как глобальная проблема максимизации телекоммуникационных услуг, которая учитывает разнородный интерес пользователей и будущий вклад телекоммуникационных услуг. Затем предлагается эффективная схема MGUP для решения проблемы, предоставляя решение, которое решает, какой объект должен транслироваться. Эффективность алгоритма подтверждается обширным моделированием с использованием реальных транспортных следов.
С развитием технологий беспроводной связи и увеличением числа мобильных устройств, таких как смартфоны, планшеты и автомобили, сотовая связь сталкивается с критической проблемой взрывного увеличения требований к трафику. Согласно недавнему отчету Cisco, мобильный трафик данных будет расти совокупными ежегодными темпами роста на 47 процентов с 2016 по 2021 год, достигнув 49,0 эксабайта в месяц к 2021 году. Хотя мобильная сотовая сеть четвертого поколения способна обеспечить загрузку контента с широким охватом и высокой пропускной способностью, огромный спрос на мобильный трафик наложил тяжелое бремя на существующие сотовые сети. Особенно в пиковое время и в городских центральных районах сотовая связь столкнется с экстремальными потерями производительности с точки зрения низкой пропускной способности сети, пропущенных вызовов и ненадежного покрытия. Поэтому очень важно придумать эффективный и действенный метод, чтобы облегчить бремя сотовых сетей.
В последнее время большое внимание в литературе привлекает эффективная альтернатива, широко известная как разгрузка мобильных данных, которая доставляет мобильный трафик данных, первоначально запланированный для передачи по сотовым сетям в другие сети. Разгрузка трафика может быть реализована с помощью Wi-Fi, фемтосот или оппортунистических сетей. Wi-Fi и фемтосоты эволюционировали как зрелые технологии, но они полагаются на инфраструктуру. С другой стороны, оппортунистические сети позволяют пользователям без постоянного соединения общаться, используя недорогое соединение на основе близости, когда они сталкиваются с оппортунистически. Поэтому оппортунистические сети предлагают очень мощную альтернативу для освобождения части мобильного трафика от сотовой инфраструктуры. Транспортные сети являются важным классом оппортунистических сетей, поскольку контакты, или возможности передачи, между транспортными средствами происходят динамичным и неожиданным образом. Кроме того, транспортные средства обладают высокой мобильностью и могут общаться друг с другом с помощью выделенной радиосвязи ближнего радиуса действия (DSRC), 802.11 p и LTE-V. Эти особенности делают автомобильные сети подходящим кандидатом для разгрузки сотового трафика.
Процесс разгрузки для распространения объектов контента определенным заинтересованным абонентам (транспортным средствам) можно описать следующим образом: базовая станция сотовой связи может сначала доставить объекты контента только небольшой группе пользователей (мы используем термины «транспортное средство», «пользователь» и «абонент» взаимозаменяемо), называемых семенами или исходными источниками. После этого исходные источники могут распространять объекты на всех абонентов посредством оппортунистической переадресации, а любой пользователь, получающий данные, далее пересылает их другим, что приводит к информационной эпидемии. Как видно, эффективность такой оппортунистической разгрузки трафика в значительной степени определяется двумя ключевыми факторами: выбором исходного источника и стратегией оппортунистической переадресации. Подходящий набор исходных источников позволяет быстро распределять объекты контента по автомобильным сетям. Кроме того, различные последовательности пересылки пользователя с несколькими объектами для передачи могут привести к различным результатам. Следовательно, крайне важно решить эти два ключевых вопроса в системе оппортунистической разгрузки трафика.
В литературе есть некоторые существующие исследования по разгрузке трафика через оппортунистическую коммуникацию. Для решения вопроса о выборе исходных источников большинство работ выбирают исходные источники с использованием различных метрик центральности или в соответствии с особенностями и свойствами контакта пользователей в историческом следе. Хотя эти работы полезны для понимания того, как выбрать предпочтительные семена, основное ограничение заключается в том, что они подходят для статической социальной сети, где топология сети относительно стабильна. Кроме того, трудно точно определить будущую центральность использования из-за высоко динамичной топологии сети транспортных средств. Что касается проблемы переадресации данных, то большинство существующих работ в основном сосредоточены на производительности переадресации с точки зрения коэффициента доставки, задержки и сетевых накладных расходов. Интересы пользователей и планирование пересылки нескольких объектов контента принимаются во внимание выборочно. Однако следует также рассмотреть вопрос о том, как планировать объекты таким образом, чтобы максимально удовлетворить интерес пользователей к ограниченной продолжительности контакта.
Основываясь на этих идеях, предлагаю двухфазный подход к разгрузке мобильного трафика данных. В частности, Фаза 1 выбирает исходные источники на основе взвешенного графика достижимости, который характеризует возможности передачи транспортных средств через мгновенную связь и оппортунистическую коммуникацию. Мы применяем предложенный алгоритм VRank для выявления влиятельных пользователей в качестве исходных источников, которые приводят к быстрому и широкому распространению объектов контента. После этого следует фаза 2 для пересылки данных с учетом предпочтений разнородных пользователей распределять соответствующие объекты в короткие промежутки времени. Таким образом, объекты могут быть более эффективно спланированы, чтобы удовлетворить интересы пользователей и получить максимальную полезность.
Основные вклады этого документа заключаются в следующем:
1) для решения проблемы выбора исходного источника предлагается алгоритм под названием VRank, который, как ожидается, будет использовать оппортунистическую коммуникацию с мобильностью пользователей и применять его на взвешенном графике достижимости для выбора некоторых влиятельных пользователей в качестве исходных источников
2) для передачи данных мы формулируем проблему как глобальную максимизацию полезности, которая учитывает интересы гетерогенных пользователей и будущую полезность. Для решения поставленной задачи предложено оптимальное решение МГУП
3) мы проводим обширное моделирование с реальным транспортным трафиком, чтобы оценить эффективность нашего предлагаемого подхода. Результаты моделирования показывают, что двухфазный подход может эффективно улучшить скорость разгрузки и глобальную полезность для удовлетворения интересов пользователей
Литература:
- Рыжков А. Е., Сиверс М. А., Воробьев В. О., Гусаров А. С., Слышков А. С., Шуньков Р. В. Системы и сети радиодоступа 4G: LTE, WiMax. — СПб: Линк, 2012. — 226 с.
- Тихвинский В. О., Терентьев С. В., Юрчук А. Б. Сети мобильной связи LTE. Технологии и архитектура. — М: Эко-Трендз, 2010.– 284 с.
- Иго, Т. Arduino, датчики и сети для связи устройств / Т. Иго. — СПб.: BHV, 2019. — 544 c.
