Γνωσιακή διαχείριση ετερογενών ασύρματων δικτύων και ευφυών τερματικών που υποστηρίζουν πολλαπλές τεχνολογίες ασύρματης πρόσβασης

Abstract

Η συνεχής αύξηση των απαιτήσεων των χρηστών για εξελιγμένες υπηρεσίες οδηγεί συχνά όλο και περισσότερο σε πολύπλοκες ενσύρματες και ασύρματες δικτυακές υποδομές, οι οποίες μετά βίας καταφέρνουν να διαθέσουν τις υπηρεσίες με την απαιτούμενη ποιότητα. Αυτό το γεγονός έχει παρακινήσει τους παρόχους να υιοθετήσουν τη χρήση αυτόνομων λειτουργιών στα συστήματα διαχείρισης των δικτύων τους. Η αυτονομία μπορεί να προσφέρει έναν βιώσιμο τρόπο ενσωμάτωσης ευφυΐας στο σύστημα, ώστε να αντιμετωπιστούν οι προκλήσεις που τίθενται. Παρ’ όλα αυτά, ενώ αυτή η προσέγγιση έχει αποδειχθεί ότι διακρίνεται από ευελιξία, αποδοτικότητα και οικονομία, αποκαλύπτει παράλληλα την ανάγκη για λειτουργικότητα η οποία θα διασφαλίζει την εύρυθμη και συντονισμένη λειτουργία όλων αυτών των αυτόνομων οντοτήτων. Σε αυτό το πλαίσιο, η διδακτορική αυτή διατριβή πραγματεύεται την μελέτη και ανάπτυξη ενός αρχιτεκτονικού πλαισίου διαχείρισης ετερογενών δικτύων και υπηρεσιών, το οποίο μπορεί να ενσωματώνει και να υποστηρίζει γνωσιακές (cognitive) λειτουργίες διαχείρισης και λήψης αποφάσεων. Μια λειτουργία διαχείρισης μπορεί να χαρακτηριστεί ως γνωσιακή όταν είναι σε θέση, όχι μόνο να αντιλαμβάνεται το περιεχόμενο του περιβάλλοντος στο οποίο λειτουργεί ώστε να προσαρμόζεται στις εκάστοτε ανάγκες, αλλά και να μαθαίνει από τα αποτελέσματα των ενεργειών της. Πέραν δηλαδή από τη δυνατότητα να παρατηρεί, να αναλύει και να δρα με βάση τα ερεθίσματα που υπάρχουν γύρω της, μπορεί και να κατανοεί τί έχει κάνει και πόσο επιθυμητό ήταν το αποτέλεσμα, αποκομίζοντας γνώση για το πώς μπορεί να διαχειριστεί παρόμοιες καταστάσεις στο μέλλον. Πιο συγκεκριμένα, κατ’ αρχήν προτείνεται ένα κατάλληλο αρχιτεκτονικό πλαίσιο για το σύστημα διαχείρισης και περιγράφονται αναλυτικά οι διάφορες οντότητες που περιλαμβάνει, οι οποίες είναι σε θέση να ενσωματώσουν τόσο τις ήδη υπάρχουσες λειτουργίες, όσο και μελλοντικές. Στη συνέχεια ορίζεται η οντολογία πάνω στην οποία μπορεί να βασιστεί η ανταλλαγή πληροφορίας με δομημένο τρόπο και η σημασιολογική ανάλυση των δεδομένων που μεταφέρονται. Αυτό επιτρέπει την βέλτιστη επίλυση των δικτυακών προβλημάτων που ανακύπτουν, όπως για παράδειγμα η αύξηση του φορτίου σε κάποια περιοχή ή η εμφάνιση βλάβης σε κάποιο τμήμα της υποδομής, με τη βοήθεια και του αλγορίθμου που προτείνεται, ο οποίος φροντίζει κάθε φορά να αναθέτει στην κατάλληλη αυτόνομη οντότητα, το κομμάτι του προβλήματος που θα αυτή θα διαχειριστεί με μεγαλύτερη επιτυχία, διασφαλίζοντας παράλληλα και την ομαλή αντιμετώπιση του συνολικού προβλήματος. Όλες αυτές οι ιδέες δοκιμάζονται για την αποτελεσματικότητά τους με μια πρωτότυπη υλοποίηση ενός συστήματος διαχείρισης. Επιπλέον η μελέτη και ανάπτυξη γνωσιακών λειτουργιών διαχείρισης επεκτείνεται και στην πλευρά των τερματικών, για τα οποία παρουσιάζεται ένας αλγόριθμος επιλογής τόσο της τεχνολογίας πρόσβασης και της αντίστοιχης διεπαφής, όσο και της ροής της υπηρεσίας του χρήστη που θα εξυπηρετηθεί από κάθε διεπαφή, με απώτερο στόχο την εξασφάλιση αλλά και την αναβάθμιση εάν είναι δυνατό της ποιότητας υπηρεσίας που λαμβάνεται. Και σε αυτή την περίπτωση υπάρχει μια πρωτότυπη υλοποίηση μέσω της οποίας επαληθεύονται πειραματικά η δυνατότητα αξιοποίησης και τα οφέλη της προτεινόμενης λύσης.

The continuous growth of the user demand for sophisticated services is more and more often leading to complex wireless and wired network infrastructures, that struggle for delivering services with the required quality. This has motivated operators to adopt the use of autonomic functions in their network management systems. Autonomics can offer a viable way to incorporate intelligence and to tackle the challenges posed. However, although the approach has proven to offer flexibility, performance and cost-effectiveness, it also unveils the need for functionality to ensure the smooth and coordinated operation of all these autonomic entities. In this context, this PhD dissertation addresses the study and development of an architectural framework for the management of heterogeneous networks and services that can embody and support cognitive management and cognitive decision making functionalities. A management functionality can be called cognitive when it is in position, not only to be aware of the context of the environment in which it operates so as to adapt to the current needs, but also to learn by the results of its actions. Namely, further than the ability to observe, analyze and act based on the triggers received, a cognitive functionality is able to perceive what it has done and how desired was the result, acquiring knowledge on how it can handle similar situations in the future. More specifically, initially a suitable architectural framework is proposed for the management system and the various entities that it comprises are described in detail. These entities are able to encapsulate any existing or future functionality. In the sequel it is defined the ontology on which it can be based the exchange of information in a structured way and the semantic analysis of the conveyed data. This allows the finding of the optimal solution for the problems that arise, as for example the increase of the traffic load in an area or the malfunction of an infrastructure segment, by running the proposed algorithm, which ensures in any case to allocate to the suitable autonomic entity, the part of the problem that it can handle successfully, while it guarantees that the whole problem will be also smoothly resolved. The effectiveness of all these concepts is proved through a prototype implementation of such a management system. Furthermore, the study and development of the cognitive management functionalities is extended to the terminal side as well, for which it is presented an algorithm for the selection of the access technology and the corresponding interface, as well as of the user service flow that will be served through each interface, having as an ultimate goal to ensure and if possible upgrade the quality of the received service. Like in the case of the management system in the network side, there is also a prototype implementation that enables the experimental proof of the exploitation potentials and of the merits of the proposed solution.