Βελτιστοποίηση Ασύρματων Κυψελωτών Δικτύων με Υποστήριξη Άμεσης Επικοινωνίας

ΚΑΤΣΙΝΗΣ, ΓΕΩΡΓΙΟΣ; KATSINIS, GEORGIOS

dc.contributor.author	ΚΑΤΣΙΝΗΣ, ΓΕΩΡΓΙΟΣ	el
dc.contributor.author	KATSINIS, GEORGIOS	en
dc.date.accessioned	2018-01-23T11:12:59Z
dc.date.available	2018-01-23T11:12:59Z
dc.date.issued	2018-01-23
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46270
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.2887
dc.rights	Default License
dc.subject	Ασύρματα Δίκτυα	el
dc.subject	Κατανομή πόρων	el
dc.subject	διαχείριση παρεμβολών	el
dc.subject	Άμεση επικοινωνία των χρηστών	el
dc.subject	Θεωρία Παιγνίων	el
dc.subject	Device to device enabled cellular networks	en
dc.subject	interference management	en
dc.subject	resource allocation	en
dc.subject	game theory	en
dc.subject	potential games	en
dc.title	Βελτιστοποίηση Ασύρματων Κυψελωτών Δικτύων με Υποστήριξη Άμεσης Επικοινωνίας	el
dc.title	Device to Device Enabled Wireless Cellular Networks Optimization	en
dc.contributor.department	ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ, ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Ασύρματα Δίκτυα Επικοινωνιών	el
heal.classification	Radio resource management (Wireless communications)	en
heal.classification	ΔΙΚΤΥΑ ΚΙΝΗΤΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ	el
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh2008004985
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/22c855f2432e37050be0c614a744fe41afc1996c
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-11-07
heal.abstract	Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται το πρόβλημα της βέλτιστης κατανομής ομάδων πόρων κι ισχύος εκπομπής σε ασύρματα κυψελωτά δίκτυα επικοινωνιών με υποστήριξη άμεσης επικοινωνίας των χρηστών. Οι χρήστες του δικτύου επικοινωνούν απευθείας μεταξύ τους είτε χρησιμοποιώντας διαφορετικές ομάδες πόρων από τους συμβατικούς χρήστες κυψελωτής επικοινωνίας (overlay) είτε μοιραζόμενοι κοινές ομάδες πόρων με τους χρήστες κυψελωτής επικοινωνίας (underlay). Για τον πρώτο τρόπο χρήσης των ομάδων πόρων (overlay) μελετήθηκε η διαδικασία ανάθεσης τους μέσω ενός μοντέλου ουρών αναμονής και βελτιστοποιήθηκε ως προς την ελαχιστοποίηση και την εξισορρόπηση των πιθανοτήτων μη εξυπηρέτησης των χρηστών. Για το δεύτερο τρόπο χρήσης των ομάδων πόρων, δηλαδή της κοινής χρήσης ομάδων πόρων (underlay), αρχικά μελετήθηκε το πρόβλημα της κατανομής ισχύος εκπομπής στην άνω ζεύξη ενός δικτύου με υποστήριξη άμεσης επικοινωνίας. Αποδείχθηκε η ύπαρξη ενός σημείου ισορροπίας (ΣΙ) Nash και προτάθηκε ένας κατανεμημένος αλγόριθμος βέλτιστης απόκρισης που συγκλίνει σε αυτό.Στη συνέχεια και με στόχο την ελαχιστοποίηση των συνολικών παρεμβολών στο δίκτυο μελετήθηκε το συνδυαστικό πρόβλημα κατανομής ομάδων πόρων κι ισχύος εκπομπής σε περιβάλλον μίας αλλά και περισσότερων κυψελών. Το παραπάνω πρόβλημα είναι ένα πρόβλημα μικτού ακέραιου προγραμματισμού. Λόγω της ιδιαίτερα υψηλής υπολογιστικής πολυπλοκότητας του προβλήματος αυτού, αναλύθηκε σε δύο υποπροβλήματα. Πρώτα μελετήθηκε το πρόβλημα κατανομής ομάδων πόρων για σταθερή ισχύ εκπομπής και στη συνέχεια με δεδομένο το αποτέλεσμα από την επίλυσή του, αντιμετωπίστηκε το πρόβλημα κατανομής ισχύος εκπομπής για κάθε διαθέσιμη ομάδα πόρων. Για καθένα από τα παραπάνω προβλήματα προτάθηκαν κατανεμημένες και αποδοτικές υπολογιστικά προσεγγίσεις. Για την περίπτωση της μιας κυψέλης θεωρήθηκε ότι οι χρήστες κυψελωτής επικοινωνίας έχουν επιλέξει καθένας τους μια διαφορετική ομάδα πόρων και μοντελοποιήθηκε το πρόβλημα επιλογής ομάδας πόρων για τους χρήστες άμεσης επικοινωνίας. Το πρόβλημα αυτό μοντελοποιήθηκε ως ένα ακριβές δυναμικό παίγνιο για το οποίο η συνάρτηση δυναμικού του ταυτίζεται με τις συνολικές παρεμβολές στο δίκτυο. Τα παίγνια αυτά διαθέτουν εξαιρετικά επιθυμητές ιδιότητες που αφορούν την ύπαρξη τουλάχιστον ενός ΣΙ Nash αλλά κι ενός αλγορίθμου βέλτιστης απόκρισης που συγκλίνει σε αυτό εντός πεπερασμένου πλήθους βημάτων. Για το δεύτερο πρόβλημα της κατανομής ισχύος εκπομπής προτάθηκε ένα μη συνεργατικό κοίλο παίγνιο το οποίο ωθεί τους χρήστες στην επίτευξη ενός ελάχιστα επιθυμητού επιπέδου σηματοθορυβικού λόγου με την ελάχιστη δυνατή τιμή ισχύος εκπομπής. Για το παίγνιο αυτό αποδείχθηκε η σύγκλιση του στο απαραίτητο ΣΙ Nash τόσο θεωρητικά όσο και μέσω αριθμητικών προσομοιώσεων. Στη συνέχεια η προηγούμενη προσέγγιση επεκτάθηκε προκειμένου να αντιμετωπίσει το αντίστοιχο πρόβλημα συνδυαστικής κατανομής ομάδων πόρων κι ισχύος εκπομπής σε περιβάλλον πολλαπλών κυψελών. Εδώ επεκτάθηκε η έννοια της κυψέλης για να καλύψει και την περίπτωση των χρηστών άμεσης επικοινωνίας. Έτσι διατυπώθηκε ένα παίγνιο κατανομής ομάδων πόρων με παίχτες όλους τους πιθανούς δέκτες του δικτύου είτε αυτοί εξυπηρετούν ένα χρήστη (δέκτες χρηστών άμεσης επικοινωνίας) είτε περισσότερους (σταθμοί βάσης). Στο πρώτο στάδιο της προσέγγισης το παίγνιο κατανομής ομάδων πόρων μοντελοποιείται ως ένα διμερές συμμετρικό παίγνιο το οποίο αποτελεί μια ειδική κατηγορία ακριβούς δυναμικού παιγνίου. Έτσι εκμεταλλευόμενοι τις επιθυμητές ιδιότητες των δυναμικών παιγνίων σχεδιάστηκε ένας αλγόριθμος βέλτιστης απόκρισης που συγκλίνει στο επιθυμητό ΣΙ Nash εντός πεπερασμένου πλήθους βημάτων. Επίσης προτάθηκε μια πιθανοτική αλλά πλήρως κατανεμημένη εκδοχή του παραπάνω αλγορίθμου κατανομής ομάδων πόρων η οποία υπολογίζει με ικανοποιητικό τρόπο το απαιτούμενο ΣΙ Nash αλλά με σαφώς μικρότερο αριθμό επαναλήψεων και κόστος σηματοδοσίας. Αποδείχθηκε μέσω των αριθμητικών προσομοιώσεων ότι το ΣΙ Nash μειώνει δραστικά τις συνολικές παρεμβολές στο δίκτυο. Στη συνέχεια, με δεδομένο το αποτέλεσμα της 1ης φάσης της προσέγγισης, διατυπώνεται το πρόβλημα κατανομής ισχύος εκπομπής για κάθε μοιραζόμενη ομάδα πόρων του δικτύου. Αποδεικνύεται ότι το πρόβλημα ελαχιστοποίησης παρεμβολών σε κάθε ομάδα πόρων ισοδυναμεί με ένα πρόβλημα ελαχιστοποίησης συνολικών ισχύων εκπομπής υπό τους ίδιους περιορισμούς για το σηματοθορυβικό λόγο και για τις δυνατές τιμές ισχύος εκπομπής. Έτσι εφαρμόζοντας το γνωστό αλγόριθμο των Foschini-Miljanic για την ελαχιστοποίηση της συνολικά εκπεμπόμενης ισχύος επιτυγχάνεται μείωση των συνολικών παρεμβολών. Τέλος μέσω αριθμητικών προσομοιώσεων για μεταβαλλόμενες θέσεις των χρηστών άμεσης και κυψελωτής επικοινωνίας φαίνεται ότι επιτυγχάνεται τόσο μείωση της εκπεμπόμενης ισχύος αλλά και αύξηση του αριθμού των χρηστών που εξασφαλίζουν ένα ελάχιστο επίπεδο σηματοθορυβικού λόγου στους δέκτες τους.	el
heal.advisorName	ΠΑΠΑΒΑΣΙΛΕΙΟΥ, ΣΥΜΕΩΝ	el
heal.committeeMemberName	ΜΑΓΚΛΑΡΗΣ, ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ	el
heal.committeeMemberName	ΠΑΝΑΓΟΠΟΥΛΟΣ, ΑΘΑΝΑΣΙΟΣ	el
heal.committeeMemberName	ΑΣΚΟΥΝΗΣ, ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ	el
heal.committeeMemberName	ΡΟΥΣΣΑΚΗ, ΙΩΑΝΝΑ	el
heal.committeeMemberName	ΒΕΝΙΕΡΗΣ, ΙΑΚΩΒΟΣ	el
heal.committeeMemberName	ΕΥΘΥΜΟΓΛΟΥ, ΓΕΩΡΓΙΟΣ	el
heal.academicPublisher	Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	143
heal.fullTextAvailability	true