Σχεδιασμός, ανάπτυξη και ολοκλήρωση συστήματος γνώσης
Διπλωματική Εργασία


Περιγραφή

Τα (κινητά) δίκτυα πέμπτης γενιάς, γνωστά ως 5G, αποτελούν σημαντική εξέλιξη των σημερινών δικτύων 4G/LTE και έχουν σχεδιαστεί για να ανταποκρίνονται πλήρως σε ιδιαίτερα αυξημένες απαιτήσεις όγκου δεδομένων, ελαχιστοποίησης χρόνου απόκρισης (latency) και αξιόπιστης συνδεσιμότητας πολύ μεγάλου πλήθους συσκευών. H σχετική τεχνολογία που ανοίγει ουσιαστικά έναν νέο κόσμο συνδεδεμένων εφαρμογών θα λειτουργήσει αρχικά σε συνδυασμό με τα υπάρχοντα δίκτυα 4G και σταδιακά ο στόχος είναι να εξελιχθεί σε πλήρως ανεξάρτητη. Βασιζόμενη σε αρχιτεκτονικές εικονικοποίησης δικτυακών λειτουργιών (Network Function Virtualization) η τεχνολογία 5G παρουσιάζει πολύ αυξημένες δυνατότητες ευελιξίας στο να καθορίζει πώς δικτυακές λειτουργίες που παλιότερα εμφάνιζαν ισχυρή εξάρτηση απ το διαθέσιμο υλικό, μπορούν ως εικονικές (Virtualized Network Functions) υλοποιούμενες από στιγμιότυπα λογισμικού (εικονικές μηχανές- Virtual Machines) να διαμοιράζονται αποτελεσματικά τους φυσικούς πόρους (υπολογισμού, αποθήκευσης και δικτύωσης) [1]. Τα Virtual Machines ελέγχονται από ένα επίπεδο λογισμικού διαχείρισης (Management and Orchestration - MANO) το οποίο γνωρίζει ολοένα αυξανόμενο ενδιαφέρον και απ΄ τις κοινότητες ελεύθερου λογισμικού [2].

Για να αντιμετωπιστεί η αυξημένη πολυπλοκότητα της διαχείρισης των (εικονοποιημένων) δικτυακών πόρων, έξυπνα σχήματα εισαγωγής αυτοματισμών έχουν τελευταία συγκεντρώσει το ενδιαφέρον της ερευνητικής κοινότητας [3]. Οι αυτοματισμοί που ολοένα περισσότερο βασίζονται σε σχήματα τεχνητής νοημοσύνης [4] μπορούν να θεωρηθούν εργαλεία στο πλαίσιο εφαρμογής πολιτικών που στοχεύουν να προδιαγράψουν/υλοποιήσουν την επιδιωκόμενη συμπεριφορά του δικτύου, δηλαδή την αυτόνομη και αποτελεσματική διαχείριση/χρήση των πόρων. Αυτή είναι η κεντρική ιδέα του Autonomic Management and Control (AMC) παραδείγματος που υποστηρίζεται και από φορείς όπως το ETSI ISG ENI [5]. Η Τεχνολογία Γνώσης, μπορεί να παρέχει τέτοιου είδους ευφυΐα και μέσωMANO plug-ins στην αρχιτεκτονική ETSI NFV MANO να οδηγήσει αποφάσεις (σε σχέση με τους δικτυακούς πόρους).

Τα Συστήματα Γνώσης (knowledge-based systems) βασίζονται σε λογισμικό που επιδεικνύει νοήμονα συμπεριφορά ανάλογη με εκείνη ενός ανθρώπου. Η λειτουργία τους περιλαμβάνει τόσο την κωδικοποίηση της γνώσης όσο και τη διαχείριση αυτής προκειμένου να υποστηριχθεί μια σειρά διαδικασιών όπως ο έλεγχος συστημάτων κ.α. Η γνώση που “παράγουν” τα συστήματα αυτά τυπικά αναφέρεται στις συγκεκριμένες ενέργειες που πρέπει να εκτελεστούν δεδομένης μιας κατάστασης. Παρά τη ραγδαία αύξηση ερευνητικών προσπαθειών πάνω σε τεχνολογίες λογισμικού για 5G δίκτυα, η σύγκλιση των συστημάτων γνώσης με το ΜΑΝΟ επίπεδο παραμένει ανοιχτό ερευνητικό ζήτημα.

Στόχοι. Στο πλαίσιο της εργασίας αυτής ο/η φοιτητής/τρια θα κληθεί να :

  • Μελετήσει τη βιβλιογραφία, να κατανοήσει το πρόβλημα και να εξοικειωθεί με την τεχνολογία λογισμικού του επιπέδου ΜΑΝΟ (π.χ. OSM [6]) των δικτύων 5ης γενιάς καθώς και των συστημάτων γνώσης (π.χ. Drools [7]).
  • Αναλύσει τις ανάγκες και να τροποποιήσει μία υπάρχουσα απλή Drools μηχανή εξαγωγής συμπερασμάτων (αναπτυγμένη σε διαφορετικό πλαίσιο) ώστε αυτή να καλύπτει σενάρια διαχείρισης δικτυακών πόρων.

· Σχεδιάσει, υλοποιήσει και να επιβεβαιώσει την ολοκλήρωση της μηχανής συμπερασμάτων σε επιλεγμένη υλοποίηση του 5G ΜΑΝΟ επίπεδου. Το τελικό πρωτότυπο μπορεί να έχει την μορφή ελεύθερου λογισμικού.

Προτεινόμενη****βιβλιογραφία:

[1] J. G. Herrera and J. F. Botero, "Resource allocation in NFV: A comprehensive survey", IEEE Trans. Netw. Service Manage., vol. 13, no. 3, Sep. 2016

[2] What is the best NFV Orchestration Platform? https://cloudify.co/blog/what-best-nfv-orchestration-platform-review-osm-openo-cord-cloudify/

[3] V. Sciancalepore, F. Z. Yousaf and X. Costa-Perez, "z-TORCH: An Automated NFV Orchestration and Monitoring Solution," in IEEE Transactions on Network and Service Management, vol. 15, no. 4, pp. 1292-1306, Dec. 2018.

[4] D. M. Gutierrez-Estevez et al., "Artificial Intelligence for Elastic Management and Orchestration of 5G Networks," in IEEE Wireless Communications, vol. 26, no. 5, pp. 134-141, October 2019

  1. ETSI Specification Group https://www.etsi.org/technologies/experiential-networked-intelligence
  2. ETSI project to develop an Open Source NFV Management and Orchestration (MANO) software stack https://osm.etsi.org/

[7] Drools rule management system https://www.drools.org/

Προαπαιτούμενα: βασικές γνώσεις δικτύων, Linux OS/Ubuntu, γνώσεις προγραμματισμού (Java, Python)

Περισσότερες πληροφορίες:

Παναγιώτης Τσανάκας (panag@cs.ntua.gr)

Παναγιώτης Πανταζόπουλος (ppantaz@iccs.gr),

Παύλος Μπασαράς (__**pavlos.basaras@iccs.gr