مديريت انرژي كاراي تداخل در شبكه هاي سلولي ناهمگن و فوق متراكم با ارتباطات دوطرفه

دكتري

شبكه¬هاي فوق متراكم با ارتباطات دوطرفه (FD-UDNs) گزينه¬اي نويد بخش براي تأمين ظرفيت و سرويس¬دهي انبوه، در شبكه¬هاي سلولي است. در اين شبكه¬ها تراكم زياد سلول¬هاي كوچك، باعث افزايش ظرفيت و پوشش¬دهي شبكه مي¬شود. ارتباطات دو طرفه هم امكان ارسال و دريافت همزمان در يك كانال فركانسي يكسان را فراهم مي¬كند كه مي¬تواند بطور بالقوه ظرفيت شبكه را تا دو برابر افزايش دهد. با اين حال، اين شبكه¬ها با محدوديت¬هاي مصرف انرژي و تداخل بالا مواجه هستند كه عدم مديريت صحيح آن مي¬تواند بر كارايي كلي شبكه تاثير منفي بگذارد. تحقيقات انجام شده ثابت مي¬كند كه تخصيص منابع و خواب ايستگاه پايه سهم بسزايي در مديريت تداخل و كاهش مصرف انرژي به ويژه در استقرار متراكم سلول¬هاي كوچك دارند. بنابراين، لازم است تا از استراتژي خواب همراه با تكنيك‌هاي مديريت منابع براي كاهش موثر تداخل و مصرف توان در FD-UDN بهره برد، كه اين موضوع در پژوهش¬هاي پيشين مورد توجه قرار نگرفته است. در اين رساله، مديريت توأم منابع و خواب ايستگاه پايه با هدف بيشينه¬سازي بهره‌وري انرژي و تضمين نرخ داده¬ي ¬مورد نياز كاربران بالاسو و پايين¬سو، مدنظر قرار گرفته است. مسئله بهينه¬سازي فرمول‌بندي‌شده، يك مسئله برنامه‌نويسي غير محدب غيرخطي اعداد صحيح مختلط (MINLP) است كه حل آن دشوار است. دو رهيافت برا ي حل مسئله دنبال شده است كه در رهيافت نخست، راهكاري متمركز مبتني بر تكنيك-هاي كلاسيك بهينه¬سازي ارائه گرديده است. در اين راهكار ابتدا، با استفاده از روش دينكلباچ، تابع هدف مسئله به فرم پارامتري كاهشي معادل تبديل مي¬شود. سپس مسئله به دو زير مسئله¬ي انتساب كاربر و تخصيص منابع و مسئله¬ي مديريت خاموشي BSها تقسيم و حل مي¬شود. با توجه به سربار محاسباتي وسيگنالينگ اين راهكار و همچنين تغييرات بالا در شبكه¬هاي بي¬سيم، رهيافت دوم بر روش يادگيري تقويتي (RL) تكيه دارد. در اين راهكار هم مسئله به دو زير مسئله¬ي تخصيص منابع و مديريت خاموشي ايستگاه¬هاي پايه كوچك (SBS) شكسته شده است. در مديريت خاموشي، دو راهكار متمركز و توزيع شده ارائه گرديده است. در روش متمركز، ايستگاه پايه ماكرو (MBS) با توجه به معيارهايي مانند بهره¬وري انرژي و رضايت¬مندي كاربران شبكه، درباره وضعيت خواب SBSها تصميم مي‌گيرد. در روش توزيع شده، هر SBS با توجه به معيارهاي مشابه، براي خواب يا بيداري¬اش، تصميم مي¬گيرد. سپس با انتساب كاربران به ايستگاه¬هاي روشن، هر ايستگاه پايه به تخصيص توان ارسال و منابع راديويي به كاربران خود مي¬پردازد. نتايج شبيه سازي، كارايي الگوريتم¬هاي پيشنهادي را در بهبود بهره¬وري انرژي با غيرفعال كردن سلول¬هاي كوچك، بيشتر بويژه در شبكه¬هايي با بار زياد، نشان مي¬دهد. همچنين طبق نتايج، روش كلاسيك پيشنهادي در ميزان بهره¬وري انرژي و نرخ رضايت-مندي كاربران، نسبت به روش¬هاي مبتني بر RL به ترتيب 50.3 درصد و 28.4 درصد بهتر عمل كرده است. همچنين، رويكرد مبتني بر RL كاملاً توزيع شده بالاتري به ترتيب به 12.47 و 42.47 درصد بهره¬وري انرژي و رضايت¬مندي بالاتر نسبت به رويكرد مبتني بر RL با مديريت متمركز خواب BSها دست يافته است.

232041

دانشگاه اصفهان

مهندسي كامپيوتر - معماري سيستمهاي كامپيوتر

بهروز شاه قلي قهفرخي