تخصيص منبع براي مخابرات دستگاه به دستگاه در شبكه هاي سلولي متراكم

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

دكتري

براي برآورده‌سازي نياز روزافزون به نرخ داده بالاتر در شبكه‌هاي مخابرات بي‌سيم همانند 5G و 6G و همچنين با توجه به تراكم گره‌هاي ارسال‌كننده داده در شبكه‌هاي مخابرات بي‌سيم آينده، طراحي و توسعه روش‌ها و تكنيك‌هاي ارسال داده به منظور برآورده‌سازي نرخ داده موردنظر از اهميت بالايي برخوردار است. مخابرات دستگاه به دستگاه (D2D) به عنوان يكي از روش‌هاي مطرح در اين زمينه مطرح گرديده است و به بررسي ارسال مستقيم داده بين يك زوج گيرنده و فرستنده مي‌پردازد و در سال‌هاي اخير به دليل توانايي در افزايش كارايي طيفي بسيار مورد توجه قرار گرفته است. در صورتي كه مساله تداخل و تخصيص منبع به خوبي مديريت شود، اين نوع مخابرات مي‌تواند كارايي طيفي را در سيستم‌هاي مخابراتي به صورت قابل ملاحظه‌اي افزايش دهد. به دليل تراكم گره‌هاي ارسال‌كننده داده در شبكه‌هاي مخابرات بي‌سيم آينده، مخابرات دستگاه به دستگاه مي‌تواند تكنيكي مهم براي برآورده‌سازي نرخ داده موردنياز شبكه‌هاي متراكم باشد. به اين منظور لازم است كه مساله تخصيص منبع براي مخابرات دستگاه به دستگاه در شبكه‌هاي متراكم كه از چالش‌هاي اصلي اين موضوع است، به دقت بررسي شود. در اين پژوهش مساله بيان‌شده به صورت متمركز و توزيع‌شده براي مخابرات دستگاه به دستگاه در شبكه‌هاي سلولي متراكم مورد بحث قرار مي‌گيرد. %دسترسي طيفي زيرنهي در باند مجوز دار كه توانايي افزايش كارايي طيفي بالاتري در مقايسه با ديگر دسترسي‌هاي طيفي دارد، در نظر گرفته مي‌شود. %اين دسترسي طيفي داراي چالش‌هاي بيشتري در مقايسه با ديگر دسترسي‌ها بوده ولي در صورتي كه مديريت تداخل به خوبي صورت پذيرد مي‌تواند منجر به افزايش بيشتري در كارايي طيفي شبكه گردد. %از نظر دسترسي همزمان چندين كاربر و به دليل محدوديت‌هاي سخت‌افزاري ماژول‌هاي ارسال‌كننده داده لازم است كه فرض شود كه هر كاربر دستگاه به دستگاه حداكثر لينك يك كاربر سلولي را مي‌تواند بازاستفاده كند. روش‌هاي متمركز عموماً داراي عملكرد بهتري نسبت به روش‌هاي توزيع‌شده هستند. % و عموماً نياز به داشتن اطلاعات كامل وضعيت تمامي لينك‌ها دارند و از اين رو در هر حالتي امكان پياده‌سازي عملي آن‌ها وجود ندارد. %علاوه بر اين موضوع در بسياري از روش‌هاي متمركز حداكثر يك زوج كاربر D2D توانايي به اشتراك‌گذاري منبع با يك كاربر سلولي را دارا است كه فرض ساده كننده‌اي براي روش‌هاي متمركز و خصوصاً مبتني بر بهينه‌سازي است. در اين پژوهش فرض بر آن است كه چندين زوج كاربر D2D توانايي استفاده از يك لينك سلولي را دارا مي‌باشند كه مي‌تواند به صورت قابل‌توجهي كارايي طيفي را افزايش دهد ولي مساله مديريت تداخل را به شدت پيچيده مي‌نمايد. مساله حداكثرسازي نرخ مجموع كاربران مشروط بر كسب حداقل كيفيت موردنظر هر كاربر به صورت يك مساله بهينه‌سازي غيرخطي، غيرمحدب و داراي اعداد صحيح مدل شده است كه حل آن NP سخت است. در اين پژوهش با استفاده از قابليت بازاستفاده فضايي از منابع يك الگوريتم تخصيص منبع زيربهينه با پيچيدگي پايين كه به صورت چهار مرحله‌اي و مبتني بر انتخاب كاربران است، پيشنهاد مي‌شود. در مرحله اول كاربران سلولي براي فرآيند انتخاب كاربران اولويت‌بندي شده و در مرحله دوم زوج كاربران D2D بر اساس معيار پيشنهاد شده كه منجر به كاهش تداخل و افزايش قابليت بازاستفاده فركانسي مي‌شود، انتخاب مي‌شوند. مراحل اول و دوم منجر به نگاشتي بين كاربران سلولي و دستگاه به دستگاه از نظر دسترسي به منابع سلولي مي‌شود. مرحله سوم امكان‌پذيربودن مساله تخصيص منبع را از نظر نگاشت به‌دست‌آمده با استفاده از يك روش سريع كه به صورت فرم بسته بيان‌شده و به صورت تحليلي نيز اثبات شده است، بررسي مي‌كند. در مرحله چهارم، تخصيص منبع بهينه با استفاده از ويژگي تابع هدف كه تفاضلي از دو تابع محدب است و با استفاده از روش حداكثرسازي-حداقل سازي براي نگاشت انتخاب‌شده صورت مي‌گيرد. نگاشت پيشنهادشده، روش فرم بسته بررسي امكان‌پذيري مساله و روش بهينه تخصيص توان استفاده‌شده منجر به عملكرد بهتر روش متمركز پيشنهادي با معيار نرخ مجموع در مقايسه با ديگر روش‌هاي مطرح براي شبكه‌هاي متراكم مي‌گردد. عملكرد روش متمركز پيشنهادي با معيار نرخ مجموع در حالت‌هاي غيرمتراكم قابل قبول ولي كمتر از ديگر روش‌هاي مطرح در اين زمينه است.

212740

مخابرات سيستم

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان

فروغ السادات طباطبا

علي محمد دوست حسيني، مهرداد اردبيلي پور

محمدجواد اميدي