Projekti / Programi
Grafovski modeli in algoritmi pri parametriziranju baznih postaj mobilne telefonije četrte generacije
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.01.05 |
Naravoslovje |
Matematika |
Teorija grafov |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P170 |
Naravoslovno-matematične vede |
Računalništvo, numerična analiza, sistemi, kontrola |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.01 |
Naravoslovne vede |
Matematika |
dodeljevanje frekvenc, maksimalni prerez, samoorganizirajoča omrežja, 4G bazne postaje, LTE
Raziskovalci (24)
Organizacije (5)
Povzetek
Cilj projekta je uporaba matematičnega modeliranja, analize lastnosti in algoritmov za optimiranje konfiguracijskih parametrov in konstrukcije mobilnih omrežij četrte generacije z namenom doseganja maksimalnih prenosnih kapacitet in s tem maksimalne učinkovitosti omrežij.
Potreba po navedenih raziskavah se je izkazala v projektu »Pico bazna postaja četrte generacije«, katerega rezultat je bilo več patentnih prijav [LPK, LVS, LKM] in v katerem sta dva od partnerjev tega projekta ugotovila, da za več matematičnih problemov, povezanih s konfiguriranjem baznih postaj, obstaja obsežna literatura, a da ni nobenih znanih poskusov za izkoriščanje rezultatov za optimiranje parametriziranja mobilnih omrežij, prav tako pa manjkajo matematične raziskave nekaterih za uporabo zanimivih vidikov teh problemov.
Konzorcij svetovno uveljavljenih znanstvenikov in inovatorjev se bo v tem projektu osredotočil na premostitev omenjene interdisciplinarne vrzeli. Proučili bomo problem maksimalnega k-prereza (max-k-cut), ki predstavlja matematični model za optimiranje dodeljevanja frekvenc baznim postajam v primeru omejenega števila frekvenc, v odnosu do posebnih družin diskovnih grafov, ki nastopajo pri parametriziranju mobilnih omrežij četrte generacije. Poleg tega, da je problem NP poln za splošne diskovne grafe, ni veliko znanega o problemu max-k-cut na diskovnih grafih, porojenih pri modeliranju interferenc brezžičnih omrežij četrte generacije. Upamo, da bomo pridobili novo razumevanje problema z upoštevanjem njegove geometrijske strukture in družin grafov, ki jih dobimo z malenkostnimi spremembami parametrov omrežja, ter da bo razširjeno razumevanje vodilo do novih, učinkovitih aproksimacijskih algoritmov in hevristik. Učinkovitost teh algoritmov bomo preverili na simuliranih in realnih primerih omrežij. Teoretični rezultati projekta bodo objavljeni v mednarodnih revijah in na konferencah, v primerih ustvarjanja nove intelektualne lastnine pa bomo ocenili njen poslovni potencial in jo temu primerno zaščitili s patenti.
Osredotočili se bomo na naslednje cilje: (i) razviti strukturno razumevanje problema max-k-cut na družinah diskovnih grafov, ki nastopajo pri parametriziranju mobilnih omrežij četrte generacije, in raziskali posledice za načrtovanje teh omrežij, (ii) razvili nove aproksimacijske in hevristične pristope k problemu max-k-cut na posebnih družinah grafov in dokazali njihovo pravilnost, (iii) ocenili učinkovitost teh algoritmov na simuliranih in realnih testnih podatkih, (iv) integrirali najboljše od algoritmov v aktualne vrhunske sisteme za konfiguriranje mobilnih omrežij četrte generacije in zamenjali obstoječe algoritme, ki ne izkoriščajo matematične strukture problema.
Te cilje bomo udejanjili v treh delovnih sklopih. DS1 bo vodil IMFM in bo osredotočen na cilj (i), DS2 bo vodila FNM in se bo osredotočal na cilj (ii), DS3 pa bo vodil LTFE in se bo osredotočal na cilja (iii) in (iv). Delovni sklopi bodo izvedeni v štirih fazah: 1) faza vzpostavitve projekta, v kateri bomo vzpostavilo projektno infrastrukturo in procese ter zbrali najnovejšo literaturo o problemu, 2) faza primerjalnega prototipa, v kateri bo vzpostavljen celoten podatkovni tok od vhodnih podatkov do končnih rezultatov – rešitev problema, 3) faza okretnega raziskovanja, ko se bo v nizu ciklov raziskovanja-razvijanja-potrjevanja iskalo nove teoretične rezultate, jih uporabilo za razvoj algoritmov, in se jih preverilo na testnih podatkih, ter 4) zaključna faza za dokončanje projektnih nalog.
Rezultati projekta lahko imajo znaten vpliv na učinkovitost mobilnih omrežij naslednje generacije. Partnerji zato pričakujejo, da bodo z novim interdisciplinarnim sodelovanjem izmenjali pristope k problemu, obenem pa družbi koristili s spodbujanjem trajnostnega razvoja učinkovitih mobilnih omrežij naslednje generacije in spodbujanjem uporabe bazičnih znanstvenih in tehnoloških dosežkov za večanje kakovosti življenja.
Pomen za razvoj znanosti
Prikazana je bila pomembna razlika med prireditvijo frekvenčnih kanalov, ki minimizira interferenco in tisto, ki maksimira prepustnost. S snovanjem taksonomije smo uporabnikom pripravili enostavnejši izbor učinkovitejših metod, raziskovalcem pa omogoča boljši pregled nad razvojem znanosti na tem področju.
Pomen za razvoj Slovenije
Tekom projekta smo se ukvarjali z različnimi izzivi, kako združiti znanje raziskovalcev s potrebami uporabnikov. Proučevali smo koncept stopnenj tehnološke zrelosti, ki je bil sprva razvit za projekte vesoljskih tehnologij agencije NASA in vojaške namene agencije DARPA. Ugotovitve spridom uporabljamo pri pouku predmetov uporabne matematike pri predmetih matematično modeliranje, kombinatorična optimizacija in operacijske raziskave, pa tudi v več javnih pogovorih. Med drugim smo z Gospodarsko zbornico Slovenije razpravljali o nedavnih napačnih razlagah davčnih olajšav R&D usmerjenih podjetij. Razlog, zakaj je v Sloveniji koncept stopenj tehnološke zrelosti potrebno promovirati, je zelo dobro prikazan z zadetki Googlovega iskalnika slik: v angleščini (technology readiness level) vrne izključno zadetke, povezane z visokotehnološkim znanjem, kjer je znanost usmerjena proti tržnim aplikacijam, v slovenščini pa vrne izključno zadetke, povezane s kmetijstvom in zrelostjo plodov za predelavo. Nič boljših rezultatov ne dobimo, če v iskalnik vpišemo »stopnja zrelosti tehnologije«. Še naprej bomo vzpodbujali popularizacijo koncepta in delili naše izkušnje o širjenju stopenj tehnološke zrelosti v slovenskem poslovnem in akademskem svetu.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
