Έλεγχος Ισχύος Σε Ασύρματα Κυψελωτά Δίκτυα Δύο Επιπέδων (femtocell Cdma Networks)

Abstract

Η ολοένα αυξανόμενη ανάγκη παροχής υψηλών ρυθμών μετάδοσης δεδομένων και υψηλής ποιότητας υπηρεσίας (QoS) στο εσωτερικό κτηρίων, σε συνδυασμό με τη περιορισμένων ρυθμαποδόσεων και ακριβή (λόγω υψηλού κόστους) λύση εξυπηρέτησης που παρέχεται από την μακροκυψέλη στους χρήστες ενός κυψελωτού συστήματος, καθιστούν την απαίτηση για νέες εναλλακτικές λύσεις όλο και πιο επιτακτική. Προς αυτή την κατεύθυνση, και με στόχο την ενίσχυση του σήματος σε εσωτερικούς χώρους, έχει προταθεί η λύση των λεγόμενων σημείων πρόσβασης femtocell (FAPs) ή με άλλα λόγια των οικιακών σταθμών βάσης. Η τεχνολογία των φεμτοκυψελών (femtocells) έχει αναπτυχθεί πάρα πολύ τα τελευταία χρόνια, τόσο σε ακαδημαϊκό όσο και σε βιομηχανικό επίπεδο, για μία πληθώρα υπαρχουσών τεχνολογιών ασύρματης πρόσβασης (π.χ. CDMA (3GPP2), OFDMA (3GPP), WiMAX, κλπ.). Έτσι, βασιζόμενοι στην τεχνολογία των φεμτοκυψελών η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται το πρόβλημα του ελέγχου ισχύος των χρηστών κατά τη ζεύξη ανόδου βάσει συναρτήσεων χρησιμοποίησης που στοχεύουν στην μεγιστοποίηση της ποιότητας της υπηρεσίας (QoS) σε CDMA δίκτυα Δύο Επιπέδων (φεμτοκυψελών και μακροκυψελών). Για το λόγο αυτό, πραγματοποιήθηκε μελέτη, ανάλυση και υλοποίηση ενός κατανεμημένου αλγορίθμου ελέγχου ισχύος σε CDMA ασύρματα κυψελωτά δίκτυα Δύο Επιπέδων. Για να επιτύχουμε αυτό, χρησιμοποιήσαμε την Θεωρία Παιγνίων. Συγκεκριμένα, μοντελοποιήσαμε το πρόβλημα ελέγχου ισχύος στη ζεύξη ανόδου ενός δικτύου Δύο επιπέδων ως ένα μη συνεργατικό παίγνιο με εξωγενή παράμετρο κόστους. Εν συνεχεία, εξετάσαμε και αποδείξαμε την ύπαρξη και τη μοναδικότητα ενός σημείου ισορροπίας κατά Nash για το συγκεκριμένο παίγνιο. Βασική διαφοροποίηση μας, σε σχέση με τις μέχρι πρότινος (2009) ερευνητικές προσπάθειες στο τομέα αυτό, αποτελεί η θεώρηση κατάλληλων συναρτήσεων ευχαρίστησης χρηστών βάσει της ποιότητας υπηρεσίας τους, εν αντιθέσει με το μυωπικό στόχο της απλής επίτευξης ενός επιδιωκόμενου σηματοθορυβικού λόγου.Τέλος, παρουσιάζουμε αναλυτικά αριθμητικά αποτελέσματα που μας επιτρέπουν να καταλάβουμε τόσο τη λειτουργία και τα χαρακτηριστικά του προτεινόμενου μοντέλου (και του προτεινόμενου αλγορίθμου), όσο και να αντιληφθούμε με ποιο τρόπο επηρεάζεται η απόδοση της υπηρεσίας σε ένα σύστημα μακροκυψελών-φεμτοκυψελών που μοιράζονται το ίδιο φάσμα, λόγω των παρεμβολών μεταξύ των χρηστών των διαφορετικών επιπέδων. Ως βασική διαπίστωση, αποδεικνύεται και δικαιολογείται η ανάγκη από κοινού μελέτης του προβλήματος της ανάθεση πόρων σε ένα δίκτυο Δύο Επιπέδων (μακροκυψέλες και φεμτοκυψέλες) και του ελέγχου των πολιτικών πρόσβασης των χρηστών στα δύο τύπου δίκτυα. Εν τέλει, παρέχονται χρήσιμες αναλύσεις και πρακτικές σχετικά με το πώς συσχετίζονται οι παραπάνω δύο μηχανισμοί.