Сотрудники лаборатории беспроводных сетей ИППИ РАН выиграли два гранта РНФ

В июле 2021 Российский Научный Фонд опубликовал результаты конкурса на получение научных грантов «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых». Были поддержаны два проекта под руководством сотрудников лаборатории беспроводных сетей ИППИ РАН Александра Кротова и Артема Красилова.

Кросс-уровневое сетевое взаимодействие на помощь VR

Первый грант выдан для проекта «Методы кросс-уровневого сетевого взаимодействия для повышения качества обслуживания трафика приложений дополненной и виртуальной реальности», который ведется кандидатом технических наук Александром Кротовым. В настоящее время быстро растут требования к телекоммуникационным сетям. Необходимость дистанционной работы и обучения требует обеспечения одновременной передачи большого числа видеопотоков. Кроме этого, быстро развиваются облачные приложения виртуальной и дополненной реальности (англ.: Augmented Reality / Virtual Reality, AR/VR), однако их доступность ограничена высокими требованиями к пропускной способности и качеству обслуживания трафика. Существующие беспроводные сети связи зачастую не позволяют удовлетворить этим требованиям, что не позволяет использовать приложения AR/VR на мобильных устройствах. Для того, чтобы обеспечить повсеместную доступность приложений AR/VR, требуется развитие как технологий беспроводной связи, так и алгоритмов, используемых при распределении ресурсов сети между пользователями.

Данный проект направлен на разработку моделей трафика AR/VR, позволяющих идентифицировать его среди потоков данных других приложений, предсказывать требования к качеству обслуживания и представлять требования в виде, подходящем для использования алгоритмами распределения ресурсов сети. Будут разработаны как новые алгоритмы планирования радиоресурсов, так и алгоритмы динамического изменения качества видеопотока с использованием кросс-уровневого взаимодействия. Это позволит обеспечить высокое качество обслуживания AR/VR-приложений не только в будущих беспроводных сетях, использующих новые технологии и методы доступа к каналу, но и в сетях, использующих существующие технологии беспроводной связи. Высокая доступность приложений виртуальной и дополненной реальности на мобильных устройствах позволит существенно расширить область их применения, в том числе использовать их для удаленного управления транспортными средствами и дистанционной работы в других областях, где в настоящее время требуется присутствие человека, например предоставлении медицинских услуг.

Сверхнадежная связь с малой задержкой в сотовых сетях 5G и 6G

Второй грант поддерживает проект «Методы обеспечения сверхнадежной связи с малой задержкой в беспроводных сетях пятого и последующих поколений», который будет выполняться совместно с лабораторией телекоммуникационных систем НИУ ВШЭ. Проект фокусируется на одной из ключевых особенностей беспроводных сетей пятого поколения (5G) – возможности обеспечения принципиально нового сервиса сверхнадежной связи с малой задержкой (англ. Ultra-Reliable Low-Latency Communications, URLLC), а также на развитии этого сервиса в системах связи шестого поколения. На сегодняшний день международным консорциумом 3GPP (3rd Generation Partnership Project) опубликованы серии спецификаций, описывающие новую технологию радиодоступа (англ. New Radio, NR) для сетей 5G. В спецификациях NR предусмотрен ряд механизмов и технических решений, необходимых для поддержки сервиса URLLC. Однако спецификации лишь предусматривают возможность механизмов, но не описывают в каких сценариях и с какими параметрами их необходимо использовать. Для этого требуются алгоритмы, которые  должны быть реализованы производителями телекоммуникационного оборудования в базовых станциях и частично в пользовательских устройствах. Данные алгоритмы напрямую влияют на эффективность использования доступных частотных ресурсов и возможность предоставления сервиса URLLC в различных сценариях.

Целью данного проекта является разработка новых алгоритмов выбора параметров передачи и управления радиоресурсами, обеспечивающих предоставление сервиса URLLC в будущих сценариях использования сетей 5G и 6G, связанных с большим числом и высокой мобильностью пользователей, а также при большом объеме генерируемого ими гетерогенного трафика. Ожидается, что внедрение разработанных алгоритмов и решений на практике позволит повысить емкость беспроводной сети при обслуживании URLLC-трафика, что будет способствовать развитию целого ряда перспективных приложений, таких как интеллектуальные транспортные системы и беспилотный транспорт, автоматизация производства, телемедицина и удаленное обучение, в том числе с возможностью передачи тактильных ощущений.

Евгений Хоров, руководитель лаборатории беспроводных сетей ИППИ РАН, отмечает: «Мы начинаем работу над интересным проектом, который имеет большое практическое значение. В ближайшем будущем мы ожидаем взрывного роста числа подключенных к беспроводным сетям автомобилей, роботов на производстве и других устройств, для которых требуется обеспечить сверхнадежную связь с малой задержкой. Ожидаем, что алгоритмы и решения, разработанные в рамках проекта, позволят существенно повысить производительность сетей 5G и 6G и будут востребованы при производстве базовых станций и устройств для сетей 5G и 6G, в том числе отечественными производителями телекоммуникационного оборудования». Сам руководитель проекта Артем Красилов выражает огромную благодарность научному коллективу и всем причастным к подготовке заявки: «Это наш общий успех!»

В рамках поддержанные грантами проектов будут разработаны алгоритмов и решения, которые на практике позволят повысить качество обслуживания URLLC -трафика, что будет способствовать развитию целого ряда перспективных приложений, таких как интеллектуальные транспортные системы и беспилотный транспорт, автоматизация производства, телемедицина и удаленное обучение, в том числе с возможностью передачи тактильных ощущений. Результаты проектов окажут влияние не только на развитие мировой науки в области беспроводной связи, но и будут использованы при разработке будущих стандартов беспроводных сетей.

Российский научный фонд (РНФ) поддерживает научно-технические программы и проекты в области фундаментальных исследований. Он направлен на получение передовых научных знаний об основной структуре, функционировании и развитии человека, общества и окружающей среды. Фонд был создан по инициативе Президента России в 2013 году, и с тех пор фонд поддержал более 55 тысяч российских ученых.

Лаборатория беспроводных сетей (Wireless Networks Lab) – центр компетенций мирового уровня, созданный в 2017 году в рамках Мегагранта Правительства Российской Федерации для выполнения проекта «Облачные беспроводные сети пятого и последующих поколений» под руководством профессора Технологического института Джорджии (Georgia Institute of Technology, США) Иана Ф. Акилдиза. Члены лаборатории регулярно выступают с докладами на ведущих конференциях IEEE, реализуют промышленные проекты и вносят свой вклад в стандартизацию беспроводных сетей.