Πολυεπίπεδα ασύρματα δίκτυα 5ης γενιάς με χρήση μη ορθογωνικού σχήματος πολλαπλής πρόσβασης

Ντάβου, Φωτεινή; Ntavou, Foteini

dc.contributor.author	Ντάβου, Φωτεινή	el
dc.contributor.author	Ntavou, Foteini	en
dc.date.accessioned	2016-08-23T07:03:21Z
dc.date.available	2016-08-23T07:03:21Z
dc.date.issued	2016-08-23
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/43357
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.10502
dc.rights	Default License
dc.subject	Ασύρματα δίκτυα	el
dc.subject	Κατανομή πόρων	el
dc.subject	Θεωρία παιγνίων	el
dc.subject	5G	en
dc.subject	ΝΟΜΑ	en
dc.subject	Wireless networks	en
dc.subject	Game theory	en
dc.subject	Resource allocation	en
dc.title	Πολυεπίπεδα ασύρματα δίκτυα 5ης γενιάς με χρήση μη ορθογωνικού σχήματος πολλαπλής πρόσβασης	el
dc.title	Multi-tier 5G wireless networks with the use of the non-orthogonal multiple access(ΝΟΜΑ) model	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Κινητές επικοινωνίες	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-06-30
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως στόχο τη μελέτη της βέλτιστης κατανομής πόρων σε πολυεπίπεδα ασύρματα δίκτυα 5ης γενιάς με τη χρήση του καινοτόμου μη ορθογωνικού μοντέλου πολλαπλής πρόσβασης (Non-Orthogonal Multiple Access - ΝΟΜΑ), καθώς και τη σύγκριση αυτού με το μοντέλο πολλαπλής πρόσβασης με διαίρεση κώδικα (Code Division Multiple Access - CDMA). Για την υλοποίηση του προβλήματος βέλτιστης κατανομής πόρων υιοθετήθηκαν βασικές αρχές της Θεωρίας Παιγνίων του John Forbes Nash, σύμφωνα με τις οποίες το πρόβλημα διαμορφώνεται ως ένα μη-συνεργατικό παίγνιο ταυτόχρονης κατανομής ισχύος και ρυθμού μετάδοσης. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, αρκεί να αποδειχτεί τόσο η ύπαρξη όσο και η μοναδικότητα του σημείου ισορροπίας κατά Nash. Επιπρόσθετα, εισάγεται η έννοια της συνάρτησης ευχαρίστησης (utility function), η οποία είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται ευρέως στην Οικονομική Επιστήμη και αντικατοπτρίζει το βαθμό ευχαρίστησης των χρηστών του δικτύου ανάλογα με τη χρήση των πόρων και της ποιότητας των υπηρεσιών που τους παρέχονται από το δίκτυο, λαμβάνοντας υπόψιν και τις απαιτήσεις των χρηστών σε ρυθμό μετάδοσης, κατανάλωση ισχύος και τις παρεμβολές που υπεισέρχονται εντός του δικτύου. Τέλος, εισάγεται η έννοια κοστολόγησης των πόρων του δικτύου με στόχο την επιβολή κοινωνικής συμπεριφοράς στους χρήστες, οι οποίοι εγωιστικά ανταγωνίζονται για την απόκτηση των πόρων του δικτύου εις βάρος των άλλων χρηστών. Η μελέτη χωρίζεται σε τρία στάδια, όπου σε κάθε στάδιο προστίθεται σταδιακά και ένα νέο επίπεδο δικτύωσης στο σύστημα: 1. Μονοεπίπεδο σύστημα: Εδώ το δίκτυό μας αποτελείται από μία μακροκυψέλη και ορισμένους χρήστες, χρησιμοποιώντας το μοντέλο ΝΟΜΑ. Στόχος σε αυτό το σημείο είναι να επιλύσουμε το πρόβλημα βέλτιστης κατανομής πόρων καθώς και να συγκρίνουμε τις τιμές των μεγεθών: ισχύς εκπομπής, ρυθμός μετάδοσης, ενεργειακή απόδοση και παρεμβολές με αυτές του αντίστοιχου προβλήματος σε CDMA τεχνική, ώστε να καταλήξουμε στην υπεροχή του μοντέλου ΝΟΜΑ. Παράλληλα, ελέγχεται η επιρροή της χρήσης κοστολόγησης στις τιμές των πόρων του δικτύου. 2. Διεπίπεδο σύστημα: Σε αυτό το στάδιο, προστίθενται στο δίκτυο ένας αριθμός από φεμτοκυψέλες και χρήστες φεμτοκυψέλης. Στόχος είναι και πάλι η επίλυση του πρωταρχικού προβλήματος, καθώς και η σύγκριση με το αντίστοιχο διεπίπεδο CDMA πρόβλημα. Με στόχο την απλούστευση της παρουσίασης, στο παρόν μοντέλο δε γίνεται χρήση κοστολόγησης, ώστε να αναδειχτούν τα πλεονεκτήματα κυρίως εξαιτίας της πολυεπίπεδης δομής και όχι λόγω της κοστολόγησης. 3. Τριεπίπεδο σύστημα: Αυτό το στάδιο χωρίζεται σε δύο σενάρια. Στο πρώτο σενάριο προστίθενται στο διεπίπεδο σύστημα οι κυψέλες ορατού φωτός (VLC) και οι χρήστες αυτών και γίνεται σύγκριση μεταξύ των δύο επιπέδων (διεπίπεδο και τριεπίπεδο) με στόχο να αποφανθούμε για την επίπτωση που θα έχει στη χρήση των πόρων του δικτύου η προσθήκη των VLC κυψελών. Στο δεύτερο σενάριο, μετατρέπουμε τον αριθμό των VLC κυψελών και των χρηστών τους σε φεμτοκυψέλες με φεμτοχρήστες και συγκρίνουμε το σύστημα αυτό με το αντίστοιχο τριεπίπεδο σύστημα. Αυτή η μελέτη έχει ως στόχο να δείξει εάν έχει θετική, αρνητική ή μηδενική επίδραση στη χρήση των πόρων του δικτύου, η αλλαγή από διεπίπεδο σε τριεπίπεδο σύστημα. Εν κατακλείδι, παράλληλα με τη θεωρητική μοντελοποίηση των ανωτέρω προβλημάτων, πραγματοποιείται ένα σύνολο προσομοιώσεων με τη βοήθεια του εργαλείου MATLAB, ώστε να εξάγουμε με ακρίβεια αποτελέσματα για το πρόβλημα βέλτιστης κατανομής πόρων, καθώς και να καταλήξουμε σε συμπεράσματα για τα πλεονεκτήματα του μοντέλου ΝΟΜΑ, έναντι του προκατόχου του CDMA. Λέξεις κλειδιά: ασύρματα δίκτυα, 5G, ΝΟΜΑ, μη ορθογωνικό μοντέλο πρόσβασης, κατανομή πόρων, θεωρία παιγνίων, ισορροπία κατά Nash, κοστολόγηση, φεμτοκυψέλες, VLC, τριεπίπεδο σύστημα	el
heal.abstract	The main objective of this diploma thesis, is the study of the efficient resource allocation on multi-tier 5G wireless networks with the use of the pioneer Νon-Οrthogonal Μultiple Αccess (ΝΟΜΑ) model, and the comparison of this model with Code Division Multiple Access (CDMA) model. Towards this direction, we followed the basic principles of Game Theory by John Forbes Nash, according to which the initial problem is modeled as a non-cooperative game of joint power and rate allocation. For the solution of this problem, the existence of a unique Nash equilibrium must be proved. Moreover, in this thesis, the notion of utility function is adopted, which is a term widely used in Economics Science. This function reflects the satisfaction of network users, depending on the use of the network resources and the quality of service they receive, taking into consideration users’ requirements on rate, power and interference among the system. Finally, the idea of penalizing users via a representative pricing mechanism for using the sytem’s resources is introduced, in order to enourage users to use resources more efficiently, as until this point, they were consuming the resources of the network in a selfish manner at the expense of the rest of the users. Our study is divided into three parts where, in each part, a new tier is gradually added in the network:1. Single Tier: In this step, our network consists of one macro cell and some users residing in its coverage area, implementing the NOMA model. The objective of this step is to solve the problem of efficient resource allocation, as well as to compare the values of the following: power, transmission rate, energy efficiency and interference, with the respective CDMA resource allocation problem, in order to conclude to NOMA model’s superiority compared to CDMA. Lastly, we monitor the influence of the pricing policy on the values of the network resources. 2. 2-Tier: In this step, we add a number of femto cells and femto users inside the network. The objective is again to solve the initial resource allocation problem and to compare the two models (NOMA and CDMA). Without loss of generality and for comparison purposes only, the usage of pricing policy is not studied in order to show the pure benefits stemming from the multi-tier architecture. 3. 3-Tier: This step is divided into two scenarios. In the first scenario, we add VLC (Visible Light Communication) cells and VLC users to the 2-Tier network and then we compare the two steps (2-Tier and 3-Tier) in order to monitor the influence of the extra tier on the resources of the network. In the second scenario, we substitute the VLC cells and VLC users into femto cells and femto users respectively and we compare this network with the 3-Tier network. This study’s objective is to show if there is a positive, negative or neutral influence on the network resources, when there is a switch from 2-Tier to 3-Tier. In conclusion, in parallel with the scientifical modelling of the aforementioned problems, there are also numerous simulations in MATLAB environment carried out, in order to form results on the efficient resource allocation problem, as well as to form conclusions on the advantage of the NOMA model over CDMA. Key words: wireless networks, 5G, NOMA, resource allocation, game theory, Nash equilibrium, pricing, femtocells, VLC, Multi-Tier architecture.	en
heal.advisorName	Παπαβασιλείου, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Παπαβασιλείου, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Θεολόγου, Μιχαήλ	el
heal.committeeMemberName	Ρουσσάκη, Ιωάννα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Επικοινωνιών, Ηλεκτρονικής και Συστημάτων Πληροφορικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	100 σ.
heal.fullTextAvailability	true