Ενεργειακά Αποδοτικές Επικοινωνίες Πολλαπλών Χρηστών υποβοηθούμενες από ΄Εξυπνες Επαναπρογραμματιζόμενες Επιφάνειες και Μη Επανδρωμένα Εναέρια Οχήματα

Abstract

Η 5η γενιά κυψελοειδούς κινητής τηλεφωνίας (5G), αναμένεται να καλύψει τις ανάγκες για μαζική συνδεσιμότητα των χρηστών στα επερχόμενα δίκτυα πραγμάτων, τα οποία και θα αποτελέσουν τον κορμό των σύγχρονων έξυπνων πόλεων. Επομένως, τα σύγχρονα τηλεπικοινωνιακά συστήματα πρέπει να σχεδιάζονται κατάλληλα έτσι ώστε να ανταποκρίνονται στις παραπάνω ανάγκες με τρόπο ενεργειακά αποδοτικό. Τα Μη Επανδρωμένα Εναέρια Οχήματα (Unmanned Aerial Vehicles – UAV), χρησιμοποιούνται ήδη στα παραπάνω περιβάλλοντα ως εναέριοι κινητοί σταθμοί βάσης προσφέροντας άμεση συνδεσιμότητα και εξαλείφοντας ταυτόχρονα πιθανά κενά κάλυψης, ακόμα και όταν οι συνθήκες μετάδοσης είναι δυσμενείς. Επιπλέον, οι ΄Εξυπνες Επαναπρογραμματιζόμενες Επιφάνειες (Reconfigurable Intelligent Surfaces – RISs) προσφέρουν τη δυνατότητα για έλεγχο του ασύρματου περιβάλλοντος διάδοσης, περιορίζοντας φαινόμενα όπως η σκίαση και οι διαλείψεις που προκαλούν την ανεπιθύμητη εξασθένηση του σήματος, ενώ η Μη Ορθογωνική Τεχνική Πολλαπλής Πρόσβασης επιτρέπει τη μαζική σύνδεση και εξυπηρέτηση των χρηστών από τους σταθμούς βάσης. Η αντιμετώπιση του προβλήματος κατανομής πόρων στα ασύρματα δίκτυα μπορεί να πραγματοποιηθεί με μία παιγνιοθεωρητική προσέγγιση, όπως το μη-συνεργατικό παιχνίδι Stackelberg ενός αρχηγού-πολλαπλών ακολο ύθων, έτσι ώστε να βελτιστοποιηθεί από κοινού τόσο η συνολικά λαμβανόμενη ένταση σημάτος των χρηστών στο UAV όσο και η ενεργειακή απόδοση που λαμβάνουν οι χρήστες. Το UAV, ο αρχηγός του προαναφερθέντος παιγνίου που είναι και ο σταθμός βάσης, μπορεί με έξυπνο τρόπο να προσδιορίσει κατάλληλα τις βέλτιστες μετατοπίσεις των γωνιών φάσης του RIS έτσι ώστε να πραγματοποιηθεί η προσθετική συλλογή των ανακλώμενων σημάτων, και κατά συ νέπεια να μεγιστοποιηθεί η λαμβανόμενη ένταση σήματος στο σταθμό βάσης. Οι χρήστες, ως ακόλουθοι του παραπάνω παιγνίου, έχοντας λάβει γνώση των παραπάνω βέλτιστων γωνιών, μπορούν να βελτιστοποιήσουν την ενεργειακή απόδοση που λαμβάνουν εκπέμποντας με κατάλληλη ισχύ μετάδοσης. Η παρούσα εργασία, διαμέσου μιας μεθοδολογίας προσομοίωσης, καταδεικνύει τη συνεισφορά των παραπάνω τεχνολογιών ως προς τη λαμβανόμενη ικανοποίηση των χρηστών και την αποταμίευση ενέργειας.