Лаборатория «Исследование сетевых технологий с ультра малой задержкой и сверхвысокой плотностью на основе широкого применения искусственного интеллекта для сетей 6G»

Научные результаты:

На первом этапе выполнения работ были получены следующие важные научные результаты:

• открыто новое направление научных исследований в области сетей связи, а именно многослойные трехмерные сверхплотные гетерогенные сети;
• разработаны методы планирования сверхплотных сетей с использованием самоподобных (фрактальных) свойств пространства окружения;
• для трехмерных сверхплотных сетей и сетей связи с ультра малыми задержками разработан ряд методов на основе использования в сетях связи 6G технологий искусственного интеллекта;
• разработан новый метод выявления критически важных узлов в сети, который является модифицированном методом динамически взвешенных сумм (Grey Relational Analysis Weighted Sum Method, GRA-WSM), основанном на эпидемических моделях и сером реляционном анализе, который адаптирован к моделям трехмерных сверхплотных сетей;
• разработаны методы размещения маршрутизаторов сети в условиях трехмерного сверхплотного пространства и насыщенного биомассами пространства, мешающего прохождению терагерцовых сигналов, для закрытого и открытого пространств.

На втором этапе выполнения работ были получены следующие важные научные результаты:

• разработаны и экспериментально апробированы методы передачи голографических копий человека в условиях сетевых технологий с ультра малыми задержками в трехмерных сетях связи 6G, отличающиеся от известных тем, что с целью обеспечения предоставления услуги передачи голографической копии человека массовым пользователям голографические копии человека формируются в различных геометрических фигурах (в настоящее время в октаэдрах и цилиндрах), что позволяет передать голографическую копию человека с приемлемыми для качества восприятия характеристиками при скорости передачи в единицы Гбит/с, в отличие от существующих методов, требующих для тех же целей скорости в единицы Тбит/с;
• разработан комплекс методов субъективной оценки качества восприятия голографических копий человека и соответствующих методик, позволяющий определить необходимый и достаточный уровень требований к качеству восприятия голографических копий человека, отличающийся от известных тем, что оценивается, в том числе, качество глубины, зрительный комфорт, естественность восприятия и ощущение присутствия;
• разработан новый метод и алгоритмы предоставления услуг дополненной реальности, которые, в отличие от существующих, используют многоуровневую систему выгрузки на основе мобильных граничных вычислений для мобильных и Web-приложений дополненной реальности, включая 360 градусные сферические панорамы и видео, что позволяет уменьшить задержку по сравнению с существующими методами;
• разработаны методики планирования сетей связи, в том числе планирования сетей Интернета вещей сверхвысокой и высокой плотности в части кластеризации и выбора головных узлов;
• разработаны методы построения сетей связи 6G для труднодоступных и малонаселенных районов с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для обеспечения необходимой связности сети, а также с применением БПЛА для решения задач по построению сети связи 6G для новых приложений, таких как умные города, транспортные сети, медицинские сети;
• в результате исследования и разработки требований к точности и скорости работы методов сетевого позиционирования для подвижных и неподвижных устройств в трехмерных сверхплотных сетях 6G терагерцового диапазона средствами имитационного моделирования доказана возможность достижения сантиметровой точности оценок координат и углового разрешения ориентации устройств в 1° при использовании полосы частот 1 ГГц и составного массива антенной решетки с числом элементов более 500;
• открыто новое направление работ, имеющее крупное самостоятельное значение, а именно сетевые вселенные, отличающееся от известных работ по метавселенным существенным расширением возможностей сетевой вселенной по сравнению с использованием только виртуальной, дополненной и смешанной реальностей;
• разработан метод передачи тактильной и кинестетической информации на базе тактильной перчатки и руки робота гуманоида, позволяющий исключить возможные шумы аналоговых сенсоров перчатки и непреднамеренные резкие движения пользователя, а также повысить уровень точности данных о движении с сохранением уровня реактивности на руке робота-гуманоида;
• разработан метод управления параметрами обмена и протокол прикладного уровня на примере роботов-манипуляторов, которые для управления роботами по сети связи общего пользования используют передачу серии команд, число которых оптимизировано по эффективности использования канала связи, что позволяет повысить эффективность использования сетевых ресурсов;
• разработан костюм телеприсутствия для предоставления услуг в роботизированных сетях с возможностью функционирования в сетевой вселенной, который, в отличие от известного костюма TeslaSuit, построен на основе сенсоров и имеет возможность передачи и приема ощущений холода, тепла и влажности.

Внедрение результатов исследования:

Разработана «Методика выбора фрактальной фигуры для планирования и проектирования сети высокой плотности для Интернета вещей», согласованная с ПАО «ГИПРОСВЯЗЬ».

Разработаны и представлены в национальный и межгосударственный технический комитет по стандартизации «Информационные технологии» (ТК-МТК-22) проекты следующих стандартов:

• ГОСТ Р «Информационные технологии. Интернет вещей. Тестирование трехмерных сверхплотных сетей Интернета вещей» (проект принят к рассмотрению, получил рабочий шифр 1.11.022-1.274.24 и находится в стадии публичного обсуждения);
• ГОСТ Р «Информационные технологии. Интернет вещей. Тестирование роботов на модельной сети» (проект принят к рассмотрению, получил рабочий шифр 1.11.022-1.276.24 и находится в стадии публичного обсуждения);
• ГОСТ Р «Информационные технологии. Интернет вещей. Протокол уровня приложений для управления роботами» (проект принят к рассмотрению, получил рабочий шифр 1.11.022-1.277.24 и находится в стадии публичного обсуждения);
• ПНСТ «Информационные технологии. Интернет вещей. Протокол сетевого кодирования для многоадресной передачи данных» (проект принят к рассмотрению, получил рабочий шифр 1.11.022-1.275.24 и находится в стадии публичного обсуждения).

Разработаны рекомендации и проекты стандартов Сектора стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи (МСЭ-Т):

• C.351. ITU-T Q.RMP-Fc «Routing microservices protocol for fog computing segment».
• C.344. Proposal for revision of ToR of questions 1/11, 2/11, 3/11, 4/11, 6/11, 7/11, 8/11, 12/11, 13/11 and 14/11 for the next study period.
• C.343. ITU-T Q.AL-PRC «Application layer protocol for robotics control».
• C.220. ITU-T Q.FFCT «Framework for fog computational segment testing».
• C.218. ITU-T Q.FSDNT «Framework for SDN inter-network communication segment testing».
• C.713. Baseline text of the proposed new work item ITU-T Y.NPM-HDN: «Network planning methodology for high dense and ultra-high dense networks».
• C.713. ITU-T Y.ORCH-DIS «Framework of distributed orchestrators for rural networks based on STIN».

Также на заседании 11-й Исследовательской комиссии (ИК 11) МСЭ-Т прошел финальное обсуждение и был принят с присвоением номера проект стандарта протокола ретранслятора с сетевым кодированием ITU-T Q.5032: «Network coding protocol for network repeaters».

Организационные и инфраструктурные преобразования:

• Создана лаборатория «Исследование сетевых технологий с ультра малой задержкой и сверхвысокой плотностью на основе широкого применения искусственного интеллекта для сетей 6G» (MEGANETLAB 6G).
• Для проведения научных исследований и обучения студентов технологиям и услугам, предоставляемым сетями связи 6G, было закуплено оборудование и построена модельная сеть, состоящая из следующих сегментов: сегмента многослойной сверхплотной сети; сегмента искусственного интеллекта в сетях связи 6G; сегмента передачи видеоизображений дополненной реальности и голографических видеоизображений; сегмента роботов-аватаров и многофункциональных роботов; сегмента транспортной сети, включающий в себя мультисервисную платформу DWDM и программно-конфигурируемую сеть SDN; сегмента приложений и обработки данных; сегмента управления и проведения экспериментов; сегмента доступа и оконечных устройств.

Образование и переподготовка кадров:

• В 2023 году была разработана и внедрена в образовательный процесс СПбГУТ основная профессиональная образовательная программа для бакалавров «Искусственный интеллект в сетях шестого поколения (6G) со сверхвысокой плотностью». Целью данной программы является подготовка специалистов для обеспечения цифровой экономики квалифицированными кадрами для разработки, проектирования и эксплуатации в области интеллектуальных систем управления в сетях и системах шестого поколения со сверхвысокой плотностью для организаций и предприятий отрасли цифрового развития, связи и массовых коммуникаций.
• В 2024 году была разработана и внедрена в образовательный процесс СПбГУТ основная профессиональная образовательная программа для магистров «Сети связи шестого поколения (6G) с ультра малыми задержками». Целью данной программы является подготовка квалифицированных кадров для исследования, разработки, проектирования в области сетей, систем и устройств телекоммуникаций, в первую очередь сетей связи шестого поколения с ультра малыми задержками, в том числе для формирования кадрового потенциала аспирантуры, а также руководящего состава организаций и предприятий отрасли цифрового развития связи и массовых коммуникаций.
• В 2024 году в издательстве River Publishers выходит монография «Enabling Metaverse and Telepresence Services in 6G Networks», посвященная реализации метавселенных и услуг телеприсутствия на основе сетей связи шестого поколения.
• В настоящее время готовится к изданию учебник «Сети связи шестого поколения: фрактальные архитектуры, голографические взаимодействия, телеприсутствие, сетевые роботы» для обучающихся по образовательным программам высшего образования по направлениям подготовки 11.03.02 - Инфокоммуникационные технологии и системы связи (бакалавры), 11.04.02 - Инфокоммуникационные технологии и системы связи (магистры), 09.03.01 - Информатика и вычислительная техника (бакалавры), 09.04.01 - Информатика и вычислительная техника (магистры).

Сотрудничество:

• Университет Минуфии (Египет)
• Университет Загазига (Египет)
• Университет принца Султана (Саудовская Аравия)
• Университет Аль-Азхар (Египет)
• Университет короля Сауда (Саудовская Аравия)
• Технологический университет Гуандун (Китай)
• Национальная школа прикладных наук (Марокко)