Διαχείριση Ασύρματων Πόρων Για Παροχή Ποιότητας Υπηρεσίας Σε Κυψελωτά Ευρυζωνικά Δίκτυα Cdma 4ης Γενιάς

Abstract

Η παρούσα διδακτορική διατριβή στοχεύει στην ανάπτυξη ενός πρωτοκόλλου MAC μεταγωγής πακέτου, προσαρμοσμένου στις σύγχρονες ανάγκες ενός WCDMA 4G IP δικτύου. Σε πρώτη φάση, η διατριβή εστιάζει στην αποδοτική χρήση του εύρους ζώνης. Για τον σκοπό αυτό, το προτεινόμενο πρωτόκολλο MAC συνδυάζει MC-CDMA και VSG-CDMA. Ο υβριδικός αυτός τρόπος μετάδοσης παρέχει μεγαλύτερη ευελιξία, καθώς αυξάνει τον μέγιστο ρυθμό και γενικά διευρύνει το σύνολο των διαθέσιμων ρυθμών μετάδοσης του τερματικού. Σε ένα υβριδικό μοντέλο, οι ρυθμοί μετάδοσης ανήκουν σε ένα διακριτό σύνολο (κβαντικοποίηση). Το προτεινόμενο πρωτόκολλο χρησιμοποιεί, για πρώτη φορά στην βιβλιογραφία, μια αναλυτική σχέση για τον προσδιορισμό του συνόλου αυτού, εξαλείφοντας την ανάγκη αποθήκευσης και διαδοχικών ελέγχων όλων των πιθανών διανυσμάτων των διαθέσιμων ρυθμών.Σε δεύτερη φάση, η διατριβή εστιάζει στην βέλτιστη χρήση του εύρους ζώνης μέσω μιας βέλτιστης κατανομής των πόρων. Μελετώνται τρία κριτήρια βελτιστοποίησης στα πλαίσια του υβριδικού μοντέλου. Το πρώτο κριτήριο της ελαχιστοποίησης της συνολικά λαμβανόμενης ισχύος οδηγεί στην αναγκαία και ικανή συνθήκη για την εφικτότητα της κατανομής, δεδομένων των περιορισμών σε ποιότητα υπηρεσίας και σε ισχύ. Το δεύτερο κριτήριο είναι η μεγιστοποίηση της διέλευσης, προσαρμοσμένη σε υπηρεσίες πολυμέσων και στην κβαντικοποίηση του ρυθμού μετάδοσης. Το τρίτο κριτήριο προτείνεται για πρώτη φορά και μεγιστοποιεί μια νέα αντικειμενική συνάρτηση, την κανονικοποιημένη διέλευση. Το νέο κριτήριο προτείνεται ως ένας νέος εναλλακτικός αλγόριθμος ανάθεσης πόρων, ο οποίος δίνει δίκαιες κατανομές με υψηλή διέλευση.Το πρώτο κριτήριο επιλύνεται μέσω αναλυτικών σχέσεων, που προκύπτουν από την επίλυση ενός συστήματος γραμμικών εξισώσεων. Τα επόμενα δύο κριτήρια οδηγούν σε προβλήματα βελτιστοποίησης μη γραμμικών αντικειμενικών συναρτήσεων με περιορισμούς και επιλύνονται μέσω αντίστοιχων αλγορίθμων. Εναλλακτικά, σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν δύο ευρετικοί αλγόριθμοι, που δίνουν γρήγορα και απλά τις ίδιες λύσεις με τα προβλήματα βελτιστοποίησης.Το νέο πρωτόκολλο MAC πλαισιώνεται από έναν καινοτόμο χρονοπρογραμματισμό πακέτων και μια σειρά αλγορίθμων που αυτός προτείνει, δηλαδή το σχήμα προτεραιοτήτων, που αντικαθιστά και τον έλεγχο αποδοχής σύνδεσης, τον ελεγκτή πόρων και τον αλγόριθμο του παραθύρου μετάδοσης. Το προτεινόμενο πρωτόκολλο MAC θα μελετηθεί διεξοδικά και θα προσομοιωθεί για την εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων και αποτελεσμάτων, με μεγάλη έμφαση στην σύγκριση των κριτηρίων βελτιστοποίησης.