Σχεδιασμός τεχνικών ασύρματης ανταλλαγής ενέργειας για την δίκαιη κατανομή της σε χρήστες κινητών κοινωνικών δικτύων

Abstract

Στο σύγχρονο κόσμο, οι υπολογιστικές συσκευές επιτελούν όλο και περισσότερες εργασίες, αυξάνοντας συνεχώς τις απαιτήσεις τους σε ισχύ. Για τα κινητά ασύρματα δίκτυα τα οποία αποτελούνται από συσκευές που τροφοδοτούνται από τις μπαταρίες τους η ενέργεια είναι ένας πολύτιμος πόρος. Η αδιάλειπτη παροχή ενέργειας σε αυτές τις συσκευές ώστε να παραμείνουν λειτουργικές για μεγάλο χρονικό διάστημα αποτελεί απαιτητικό εγχείρημα. Η ανάπτυξη τεχνολογίας διαμοιρασμού ενέργειας, είτε με ενσύρματα είτε με ασύρματα μέσα, έχει καταστήσει εφικτή την επέκταση της διάρκειας ζωής τέτοιων δικτύων εκμεταλλευόμενη την ενέργεια από άλλες πηγές εντός του δικτύου, όπως ομότιμες συσκευές ή συσκευές κοινής χρήσης ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα, η ασύρματη μεταφορά ενέργειας (Wireless Power Transfer - WPT) μεταξύ ομοτίμων συσκευών (Peer-to-Peer) έχει δώσει τη δυνατότητα στις φορητές συσκευές να αναπληρώνουν ασύρματα την μπαταρία τους αλληλεπιδρώντας άμεσα με άλλες συσκευές που βρίσκονται σε κοντινή απόσταση. Αντικείμενο μελέτης της παρούσας εργασίας είναι η αντιστοίχιση χρηστών κινητών κοινωνικών δικτύων με ετερογενείς φορητές συσκευές σε ζεύγη, με στόχο το δίκτυο να αποκομίσει μέγιστο όφελος, με κάθε ευκαιρία ασύρματης μεταφοράς ενέργειας. Χρήστες με μεγαλύτερη ενεργειακή στάθμη στις συσκευές τους μεταφέρουν ενέργεια στους ομότιμούς τους με χαμηλό επίπεδο ενέργειας. Με αυτόν τον τρόπο, οι συσκευές με χαμηλή ενεργειακή στάθμη καταφέρνουν να παραμείνουν λειτουργικές για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, επεκτείνοντας τη διάρκεια ζωής του δικτύου. Λαμβάνονται υπ’ όψιν οι απώλειες λόγω εξασθένησης, η ετερογένεια των συσκευών ως προς την ενεργειακή κατανάλωση και την απόδοση κατά τη μεταφορά ενέργειας καθώς και οι περιορισμοί της τοπολογίας του δικτύου. Αξιοποιούνται ακόμα, η πρόβλεψη κινητικότητας και τα κοινωνικά χαρακτηριστικά των χρηστών. Η ανάθεση ζευγών στους χρήστες γίνεται με βάση τον αλγόριθμο για το Πρόβλημα των Συγκατοίκων (Stable Roommates Problem - SRP), το οποίο αφορά στην εύρεση σταθερής αντιστοίχισης (stable matching) για αντικείμενα του ίδιου συνόλου, λαμβάνοντας υπ’ όψιν τις προτιμήσεις όλων των χρηστών. Η πειραματική αξιολόγηση του προτεινόμενου αλγορίθμου διεξάγεται σε συνθετικά δεδομένα. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης δείχνουν ότι ένα τυπικό σενάριο εφαρμογής του διαμοιρασμού ενέργειας με βάση τον αλγόριθμο σταθερής αντιστοίχισης οδηγεί σε αύξηση της διάρκειας ζωής και εξισορρόπηση στην κατανομή της ενέργειας του δικτύου.