Βέλτιστη Και Ενεργειακά Αποδοτική Κατανομή Πόρων Ζεύξης Ανόδου Σε Ασύρματα Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων Με Χρήση Συνάρτησης Κόστους Και Θεωρίας Παιγνίων

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της αποδοτικής κατανομής πόρων στη ζεύξη ανόδου ασύρματων CDMA κυψελωτών δικτύων υψηλών ταχυτήτων, τα οποία υποστηρίζουν υπηρεσίες πραγματικού χρόνου με χρήση της λογικής κοστολόγησης της εκπεμπόμενης ισχύος των χρηστών. Στα πλαίσια της εργασίας, εισάγεται η έννοια της συνάρτησης καθαρής ευχαρίστησης (net utility function), η οποία υπολογίζεται μαθηματικά από την αλγεβρική διαφορά μεταξύ της συνάρτησης ευχαρίστησης (utility function) και της συνάρτησης κόστους (cost function). Η συνάρτηση ευχαρίστησης, ως γενικότερη έννοια, έχει χρησιμοποιηθεί εκτενώς στον τομέα των οικονομικών επιστημών, ωστόσο τις τελευταίες δεκαετίες συχνή είναι η εφαρμογή της στις τηλεπικοινωνίες. Σκοπός της χρήσης της συνάρτησης καθαρής ευχαρίστησης είναι η έκφραση του βαθμού ευχαρίστησης ενός χρήστη από τη χρήση των πόρων του δικτύου (ισχύς εκπομπής και ρυθμός μετάδοσης) λαμβάνοντας όμως υπ’ όψιν και τις παρεμβολές που δημιουργεί στο δίκτυο. Στο πλαίσιο αυτό, επίσης λαμβάνουμε υπόψη τις απαιτήσεις του σε πραγματική ρυθμοαπόδοση και κατανάλωση ισχύος. Το πρόβλημα της βέλτιστης κι ενεργειακά αποδοτικής κατανομής πόρων διαμορφώθηκε ως ένα μη συνεταιριστικό παίγνιο και επιλύθηκε με βάση τις αρχές της θεωρίας παιγνίων. Οι χρήστες, υπό τους επιβληθέντες περιορισμούς, προσπαθούν ανεξάρτητα να μεγιστοποιήσουν την απόδοσή τους αλλά και παράλληλα να μη δημιουργούν ανυπέρβλητα πολλές παρεμβολές στους υπόλοιπους χρήστες του δικτύου, γεγονός το οποίο εκφράζεται μέσω της συνάρτησης καθαρής ευχαρίστησης. Χάρη στη συνάρτηση κόστους η οποία υπεισέρχεται, όπως εξηγήθηκε παραπάνω, στη συνάρτηση καθαρής ευχαρίστησης, εισάγουμε έμμεσα, μια συνεργατική υφή στον τρόπο που λαμβάνονται οι αποφάσεις των χρηστών σχετικά με την ισχύ εκπομπής τους.Η επίλυση του προτεινόμενου παιγνίου βελτιστοποίησης αντιμετωπίσθηκε με τη χρήση της θεωρίας του Nash. Συγκεκριμένα, αποδεικνύεται για το εν λόγω παίγνιο, η ύπαρξη και μοναδικότητα του σημείου ισορροπίας κατά Nash.Επιπλέον, παρουσιάζεται ένας κατανεμημένος επαναληπτικός αλγόριθμος, ο οποίος καταλήγει στην εύρεση του σημείου ισορροπίας κατά Nash (UPCP algorithm). Εν κατακλείδι, μέσω της μοντελοποίησης της θεωρητικής γνώσης που συλλέχθηκε και των προσομοιώσεων που πραγματοποιήθηκαν στη συνέχεια, παρουσιάζεται και ταυτόχρονα αξιολογείται ο προτεινόμενος αλγόριθμος για τον έλεγχο της ισχύος στην άνω ζεύξη.