Ενεργειακά αποδοτικές ασύρματες επικοινωνίες: Τεχνικές φυσικού στρώματος

Abstract

Τα τελευταία χρόνια η ραγδαία ανάπτυξη του τομέα των ασύρματων επικοινωνιών, εκτός από τα προφανή, πολλαπλά οφέλη της, έχει επιφέρει σημαντική αύξηση στην κατανάλωση της ενέργειας, καθιστώντας το φαινόμενο ένα από τα σημαντικότερα περιβαλλοντικά προβλήματα, παγκοσμίως. Μεγάλη μερίδα των ερευνών και των προσπαθειών στη βιομηχανία των ασύρματων επικοινωνιών, στοχεύει στην υλοποίηση ενεργειακά αποδοτικών λύσεων οι οποίες θα οδηγήσουν τελικώς στην εξάπλωση και την εφαρμογή των «πράσινων» ασύρματων επικοινωνιών. Ειδικότερα, στην παρούσα διπλωματική εργασία κάνουμε, αρχικά, μια συνολική παρουσίαση των σύγχρονων τεχνικών βελτίωσης της ενεργειακής απόδοσης, οι οποίες για πρακτικούς λόγους κατηγοριοποιούνται στους εξής τομείς σε σχέση με το σε ποιο κομμάτι του ασυρμάτου δικτύου λαμβάνουν χώρα : (α) σταθμός βάσης, (β) περιοχή της κυψέλης, (γ) τοπολογία φυσικού στρώματος. Έπειτα, αναλύουμε εκτενώς τα 4 βασικά trade-offs των τηλεπικοινωνιακών πόρων, τα οποία αποτελούν το βασικό πλαίσιο των «Πράσινων Ραδιοεπικοινωνιών», «Green Radio» (GR). Αξιοποίηση των προαναφερθέντων tradeoffs γίνεται σε σημαντικό βαθμό στα σύγχρονα ασύρματα με δεδομένες απαιτήσεις ως προς τους πόρους τους για τα όποια διεξάγαμε και σχετικές προσομοιώσεις και παρουσιάσαμε σχετικούς αλγορίθμους. Ακόμη, εστιάζουμε το ενδιαφέρον μας σε μία από σε μια εξελιγμένη μέθοδο ενεργειακά αποδοτικής δρομολόγησης και τέλος διερευνούμε την εφαρμογή ενεργά αποδοτικών λύσεων στην περίπτωση της προσαρμογής ζεύξης (link adaptation) σε περιβάλλοντα σκίασης. Εξάγονται σημαντικά συμπεράσματα

Recently the concern on energy efficiency in wireless communications has been growing rapidly as, besides the numerous and obvious advantages of current wireless communica- tionss, the latter have caused a considerable increase in energy consumption, rendering the phenomenon one of the major environmental problems worldwide. Lots of research and development efforts have been spent in wireless industry, aiming for energy effcient solutions which will lead eventually in the expansion and the penetration of green wireless communications. In particular, the current diploma thesis presents, initially, an overview of the mod- ern techniques aiming at optimizing the energy effciency in wireless networks. Those techniques for practical reasons are classiffed into the following categories, based on the part of the network that is referred, : (a) Base station, (b) Cell area and (c) Physical network topology. Afterwards, a full analysis of the four (4) principal tradeoffs of wireless resources, which form the basic framework of the "Green Radio", is studied thoroughly. Furthermore, because of the significant exploitation of these tradeoffs in the contempo- rary on-demand wireless communications, relevant algorithms and the related simulations have been presented and implemented in this thesis for various cases. Moreover, we focus our attention on an-advanced method for energy efficient routing (E2R), and finally, we investigate the application of energy efficient solutions in the case of the link adaptation under shadowing conditions. Significant conclusions are drawn.