Βέλτιστη Ανάθεση Χρηστών Και Διαμοιρασμός Πόρων Σε Ετερογενή Ασύρματα Δίκτυα

Abstract

Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται το πρόβλημα της βέλτιστης ανάθεσης χρηστών και διαμοιρασμού πόρων σε ενοποιημένα ετερογενή ασύρματα δίκτυα, με στόχο όχι μόνο τη βελτιστοποίηση της συνολικής απόδοσης του συστήματος αλλά ταυτόχρονα την αποτελεσματική διασφάλιση των απαιτήσεων Ποιότητας της Υπηρεσίας των χρηστών με υπηρεσίες μη πραγματικού και πραγματικού χρόνου. Η παρούσα μελέτη προτείνει, αναλύει, τεκμηριώνει θεωρητικά, και επιβεβαιώνει μέσω μοντελοποίησης και προσομοίωσης, βέλτιστες και μη λύσεις και αντίστοιχους αυτόνομους και κατανεμημένους αλγορίθμους για την επίτευξη του παραπάνω στόχου. Πιο συγκεκριμένα στοχεύει και επιτυγχάνει τη σχεδίαση, ανάπτυξη και επίλυση ενός ενοποιημένου πλαισίου που αντιμετωπίζει ολόκληρο το ετερογενές ασύρματο σύστημα σαν ένα ενιαίο πρόβλημα βελτιστοποίησης. Η συγχώνευση αυτή επιτυγχάνεται θέτοντας ένα κοινό στόχο ανεξαρτήτως του υποκείμενου δικτύου πρόσβασης, αυτόν της μεγιστοποίησης της συνολικής απόδοσης των υπηρεσιών των χρηστών σε σχέση με την διασφάλιση των αντίστοιχων κριτηρίων Ποιότητας της Υπηρεσίας τους. Τα τελευταία εκφράζονται με χρήση κανονικοποιημένων συναρτήσεων της απόδοσης της υπηρεσίας, τις επονομαζόμενες συναρτήσεις χρησιμότητας, υιοθετώντας έτσι ένα κοινό πλαίσιο βασισμένο στην θεωρία Μεγιστοποίησης Χρησιμότητας Δικτύου(Network Utility Maximization). Το σύνολο της μελέτης επικεντρώνεται σε δύο βασικούς άξονες, και εκτείνεται από αυτόνομες ευρετικές (heuristic) λύσεις που εξασφαλίζουν χαμηλής πολυπλοκότητας, εύκολα υιοθετήσιμες και υλοποιήσιμες, πλήρως αυτόνομες λύσεις, με το αντάλλαγμα της μη αποδεδειγμένης βελτιστότητας τους, σε κατανεμημένες βέλτιστες λύσεις που αντιθέτως εξασφαλίζουν το βέλτιστο σημείο λειτουργίας του συνολικού ενοποιημένου συστήματος, εισάγοντας όμως επιπλέον πολυπλοκότητα και σηματοδοσία στο σύστημα. Συγκεκριμένα, η πρώτη προσέγγιση μας παρακινείται από το γεγονός ότι το όραμα των μελλοντικών αυτόνομων δικτύων στοχεύει στην υλοποίηση αυτό-* (self-*) λειτουργιών για την βελτιστοποίηση και αυτό-προσαρμογή στο περιεχόμενο ή στα γεγονότα που απαιτούν αλλαγή συμπεριφοράς των συστημάτων, υπηρεσιών και εφαρμογών. Συνεπώς, προκειμένου α παράσχουμε την απαιτούμενη ευελιξία και κλιμάκωση στην διαδικασία διαχείρισης πόρων σε ένα ενοποιημένο ετερογενές δίκτυο, εισάγουμε την ένοια της αυτονομίας ως κινητήριας δύναμης που μας επιτρέπει την σχεδίαση ενός καινοτόμου αυτόνομου πλαισίου που μεγιστοποιεί το κέρδος του ενοποιημένου δικτύου. Αυτό επιτυγχάνεται επιτρέποντας την αυτό-προσαρμογή και αυτό-βελτιστοποίηση τόσο των κινητών κόμβων, όσο και των σταθμών βάσης, αναφορικά με τις διαδικασίες επιλογής του καταλληλότερου σημείου σύνδεσης και διαμοιρασμού των πόρων. Στον δεύτερο άξονα, στοχεύοντας στην βελτιστοποίηση του συνολικού ετερογενούς συστήματος υπό την υπόθεση της συνεργασίας μεταξύ των διαφόρων τεχνολογιών και επιπέδων, κινούμαστε σε δύο κατευθύνσεις αναλόγως με τον τύπο και τη δομή του ετερογενούς συστήματος. Συγκεκριμένα, στην πρώτη περίπτωση μελετάμε και σκιαγραφούμε το πρόβλημα της ταυτόχρονης ανάθεσης χρηστών και διαμοιρασμού πόρων σε ένα ετερογενές σύστημα αποτελούμενο από πολλαπλές κυψέλες διαφορετικών τεχνολογιών πρόσβασης (CDMA/WLAN/OFDMA). Στην δεύτερη περίπτωση, εξετάζουμε το ίδιο πρόβλημα αυτή τη φορά όμως επικεντρωνόμενοι σε ένα ετερογενές σύστημα αποτελούμενο μονάχα από κυψελωτά σημεία πρόσβασης ίδιας τεχνολογίας πρόσβασης, αλλά πολλαπλών επιπέδων. Στόχος είναι εκτός από την ικανοποίηση των απαιτήσεων Ποιότητας της Υπηρεσίας των χρηστών παρουσία διακυψελικών παρεμβολών, και ο βέλτιστος σχεδιασμός τηςπεριοχής κάλυψης των κυψελών που θα μεγιστοποιήσουν την συνολική απόδοση του συστήματος. Σε κάθε περίπτωση και πάντα υπό το πρίσμα της ικανοποίησης ελάχιστων κριτηρίων Ποιότητας της Υπηρεσίας των χρηστών, προτείνουμε λύσεις και περιγράφουμε τις εκάστοτε μεθοδολογίες που εξασφαλίζουν την μεγιστοποίηση της απόδοσης του δικτύου αλλά και την αρραγή συνδεσιμότητα των χρηστών.