Υπολογισμός Πιθανότητας Αποκοπής Ν-διάστατου Πολυβηματικού Δικτύου με Χρήση Συσχετισμένων Διαλείψεων

Abstract

Τα πολυβηματικά δίκτυα (multi-hop networks), απασχολούν έντονα τα τελευταία χρόνια την επιστημονική κοινότητα των Ασυρμάτων Επικοινωνιών, τόσο λόγω της μεγάλης ποικιλίας των εφαρμογών τους, όσο και για τα πολλά νέα τεχνολογικά ενδιαφέροντα προβλήματα που θέτουν. Ένα από τα πιο σημαντικά μετρικά των Ασυρμάτων Δικτύων αποτελεί η εκτίμηση της διαθεσιμότητας και κατ’ επέκταση της ποιότητας των παρεχόμενων υπηρεσιών που προσφέρουν αυτά τα δίκτυα. Για τον λόγο αυτό έχουν προταθεί διάφορα μοντέλα θεωρητικού υπολογισμού καθώς επίσης έχουν δημιουργηθεί και αλγόριθμοι αριθμητικών υπολογισμών της πιθανότητας αποκοπής (outage probability) σε τέτοια δίκτυα. Συγκεκριμένα, καθώς τα περισσότερα ασύρματα δίκτυα, όπου βρίσκει εφαρμογή η χρήση επαναληπτών, υποφέρουν, κυρίως, από διαλείψεις λόγω σκίασης, γίνεται φανερό ότι για τον σωστό σχεδιασμό και λειτουργία τους πρέπει να έχει προηγηθεί ο υπολογισμός της πιθανότητας αποκοπής του δέκτη, λαμβάνοντας υπόψη τις παραμέτρους του περιβάλλοντος διάδοσης. Το αντικείμενο της διπλωματικής αυτής εργασίας είναι ο θεωρητικός και αριθμητικός υπολογισμός της πιθανότητας αποκοπής σε δίκτυα με πολλαπλούς επαναλήπτες με χρήση συσχετισμένων διαλείψεων. Σε πρώτο στάδιο, παρουσιάζονται οι βασικές αρχές που διέπουν τα ασύρματα δίκτυα και του επαναλήπτες και έπειτα τα κυριότερα μοντέλα ανάλυσής τους. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται ο θεωρητικός υπολογισμός της πιθανότητας αποκοπής σε δίκτυα με πολλαπλούς αναγεννητικούς (regenerative) και παθητικούς (non-regenerative) επαναλήπτες σε περιβάλλον σκίασης με συσχετισμένες διαλείψεις. Επιπλέον, υλοποιείται σε περιβάλλον MATLAB αλγόριθμος αριθμητικού υπολογισμού της πιθανότητας αποκοπής για Ν-διάστατο πολυβηματικό δίκτυο με βάση τις αναλυτικές εξισώσεις. Τέλος, δημιουργείται κώδικας προσομοίωσης με χρήση λογαριθμοκανονικών κατανομών με σκοπό την έλεγχο και τη σύγκριση των αποτελεσμάτων. Το νέο μοντέλο υπολογισμού της πιθανότητας αποκοπής εφαρμόζεται σε διάφορα Ασύρματα Δίκτυα με πολύ ενδιαφέροντα αποτελέσματα.

Multi-hop networks are an important issue for the Wireless Communications’ scientific community over the last years, not only for their wide application, but also for the various new interesting technological problems that they pose.

One of the most important metric of Wireless Networks is the estimation of the availability and the quality of the provided services. Hence, several theoretical calculation models and some numerical algorithms, that evaluate the outage probability in such networks, have been proposed. Specifically, in most of the wireless networks where relays are used, they suffer mainly from fading due to shadowing. It has become evident that for the proper design and operation the calculation of the outage probability of the receiver must be considered, taking into account the parameters of the propagation environment.

The subject of this diploma thesis is the theoretical and numerical calculation of the outage probability in networks with multiple relays under correlated fading. Firstly, the basic principles of the wireless networks and the relays are presented, followed by the analysis of the most accepted models. In addition, the theoretical calculation of the outage probability, in networks with multiple regenerative and non-regenerative relays in shadowing environment with correlated fading, is presented. Moreover, the numerical algorithm for the calculation of the outage probability in N-dimensional multi-hop networks, based on the analytical equations, has been implemented using MATLAB. To conclude, a simulation framework has been derived using lognormal distributions in order to check and compare the results. The new model of outage probability calculation can be applied in various Wireless Networks with very interesting results.