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

Abstract

The continuous growth of the user demand for sophisticated services is more and moreoften leading to complex wireless and wired network infrastructures, that struggle fordelivering services with the required quality. This has motivated operators to adopt the useof autonomic functions in their network management systems. Autonomics can offer aviable way to incorporate intelligence and to tackle the challenges posed. However,although the approach has proven to offer flexibility, performance and cost-effectiveness, italso unveils the need for functionality to ensure the smooth and coordinated operation of allthese autonomic entities. In this context, this PhD dissertation addresses the study anddevelopment of an architectural framework for the management of heterogeneous networksand services that can embody and support cognitive management and cognitive decisionmaking functionalities. A management functionality can be called cognitive when it is inposition, not only to be aware of the context of the environment in which it operates so as toadapt to the current needs, but also to learn by the results of its actions. Namely, further thanthe ability to observe, analyze and act based on the triggers received, a cognitivefunctionality is able to perceive what it has done and how desired was the result, acquiringknowledge on how it can handle similar situations in the future.More specifically, initially a suitable architectural framework is proposed for themanagement system and the various entities that it comprises are described in detail. Theseentities are able to encapsulate any existing or future functionality. In the sequel it is definedthe ontology on which it can be based the exchange of information in a structured way andthe semantic analysis of the conveyed data. This allows the finding of the optimal solutionfor the problems that arise, as for example the increase of the traffic load in an area or themalfunction of an infrastructure segment, by running the proposed algorithm, which ensuresin any case to allocate to the suitable autonomic entity, the part of the problem that it canhandle successfully, while it guarantees that the whole problem will be also smoothlyresolved. The effectiveness of all these concepts is proved through a prototypeimplementation of such a management system.Furthermore, the study and development of the cognitive management functionalities isextended to the terminal side as well, for which it is presented an algorithm for the selectionof the access technology and the corresponding interface, as well as of the user service flowthat will be served through each interface, having as an ultimate goal to ensure and ifpossible upgrade the quality of the received service. Like in the case of the managementsystem in the network side, there is also a prototype implementation that enables theexperimental proof of the exploitation potentials and of the merits of the proposed solution.

Η συνεχής αύξηση των απαιτήσεων των χρηστών για εξελιγμένες υπηρεσίες οδηγείσυχνά 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 αυτόνομωνλειτουργιών στα συστήματα διαχείρισης των δικτύων τους. Η αυτονομία μπορεί ναπροσφέρει έναν βιώσιμο τρόπο ενσωμάτωσης ευφυΐας στο σύστημα, ώστε νααντιμετωπιστούν οι προκλήσεις που τίθενται. Παρ’ όλα αυτά, ενώ αυτή η προσέγγιση έχειαποδειχθεί ότι διακρίνεται από ευελιξία, αποδοτικότητα και οικονομία, αποκαλύπτειπαράλληλα την ανάγκη για λειτουργικότητα η οποία θα διασφαλίζει την εύρυθμη καισυντονισμένη λειτουργία όλων αυτών των αυτόνομων οντοτήτων. Σε αυτό το πλαίσιο, ηδιδακτορική αυτή διατριβή πραγματεύεται την μελέτη και ανάπτυξη ενός αρχιτεκτονικούπλαισίου διαχείρισης ετερογενών δικτύων και υπηρεσιών, το οποίο μπορεί να ενσωματώνεικαι να υποστηρίζει γνωσιακές (cognitive) λειτουργίες διαχείρισης και λήψης αποφάσεων.Μια λειτουργία διαχείρισης μπορεί να χαρακτηριστεί ως γνωσιακή όταν είναι σε θέση, όχιμόνο να αντιλαμβάνεται το περιεχόμενο του περιβάλλοντος στο οποίο λειτουργεί ώστε ναπροσαρμόζεται στις εκάστοτε ανάγκες, αλλά και να μαθαίνει από τα αποτελέσματα τωνενεργειών της. Πέραν δηλαδή από τη δυνατότητα να παρατηρεί, να αναλύει και να δρα μεβάση τα ερεθίσματα που υπάρχουν γύρω της, μπορεί και να κατανοεί τί έχει κάνει και πόσοεπιθυμητό ήταν το αποτέλεσμα, αποκομίζοντας γνώση για το πώς μπορεί να διαχειριστείπαρόμοιες καταστάσεις στο μέλλον.Πιο συγκεκριμένα, κατ’ αρχήν προτείνεται ένα κατάλληλο αρχιτεκτονικό πλαίσιο γιατο σύστημα διαχείρισης και περιγράφονται αναλυτικά οι διάφορες οντότητες πουπεριλαμβάνει, οι οποίες είναι σε θέση να ενσωματώσουν τόσο τις ήδη υπάρχουσεςλειτουργίες, όσο και μελλοντικές. Στη συνέχεια ορίζεται η οντολογία πάνω στην οποίαμπορεί να βασιστεί η ανταλλαγή πληροφορίας με δομημένο τρόπο και η σημασιολογικήανάλυση των δεδομένων που μεταφέρονται. Αυτό επιτρέπει την βέλτιστη επίλυση τωνδικτυακών προβλημάτων που ανακύπτουν, όπως για παράδειγμα η αύξηση του φορτίου σεκάποια περιοχή ή η εμφάνιση βλάβης σε κάποιο τμήμα της υποδομής, με τη βοήθεια καιτου αλγορίθμου που προτείνεται, ο οποίος φροντίζει κάθε φορά να αναθέτει στηνκατάλληλη αυτόνομη οντότητα, το κομμάτι του προβλήματος που θα αυτή θα διαχειριστείμε μεγαλύτερη επιτυχία, διασφαλίζοντας παράλληλα και την ομαλή αντιμετώπιση τουσυνολικού προβλήματος. Όλες αυτές οι ιδέες δοκιμάζονται για την αποτελεσματικότητάτους με μια πρωτότυπη υλοποίηση ενός συστήματος διαχείρισης.Επιπλέον η μελέτη και ανάπτυξη γνωσιακών λειτουργιών διαχείρισης επεκτείνεται καιστην πλευρά των τερματικών, για τα οποία παρουσιάζεται ένας αλγόριθμος επιλογής τόσοτης τεχνολογίας πρόσβασης και της αντίστοιχης διεπαφής, όσο και της ροής της υπηρεσίαςτου χρήστη που θα εξυπηρετηθεί από κάθε διεπαφή, με απώτερο στόχο την εξασφάλισηαλλά και την αναβάθμιση εάν είναι δυνατό της ποιότητας υπηρεσίας που λαμβάνεται. Καισε αυτή την περίπτωση υπάρχει μια πρωτότυπη υλοποίηση μέσω της οποίας επαληθεύονταιπειραματικά η δυνατότητα αξιοποίησης και τα οφέλη της προτεινόμενης λύσης.