Διαστρωματική Αλληλεπίδραση Και Βελτιστοποίηση Σε Ευρυζωνικά Ραδιοδίκτυα Πέραν Της 3ης Γενιάς

Abstract

Η παρούσα διατριβή εστιάζει στη μοντελοποίηση και ανάλυση της αλληλεπίδρασης συγκεκριμένων επιπέδων της στοίβας των πρωτοκόλλων στα ασύρματα δίκτυα: του Φυσικού Επιπέδου (PHY), του Επιπέδου Ζεύξης (Data Link Layer), του Επιπέδου Πρόσβασης στο Μέσο (MAC) και των ανωτέρων επιπέδων για την αξιολόγηση της επίδοσης μετρικών που αφορούν τόσο το κινητό χρήστη, όσο και το σύνθετο σύστημα εξυπηρέτησης των χρηστών στα Ευρυζωνικά Ραδιοδίκτυα πέραν της 3ης Γενιάς. Μια σειρά από εύρωστα μοντέλα εξυπηρέτησης και αναμονής που έχουν αναπτυχθεί εδώ και χρόνια στην επιστημονική βιβλιογραφία των δικτύων υπολογιστών καθώς και στοχαστικά μοντέλα διαλείψεων για συστήματα ευκαιριακού χρονοπρογραμματισμού επιτρέπουν την μοντελοποίηση της κίνησης δεδομένων στα σύγχρονα ασύρματα συστήματα και την εύρεση αναλυτικών προσεγγιστικών σχέσεων για τη ρυθμαπόδοση χρήστη, την ενεργειακή επίδοση χρήστη και την συνολική κατανάλωση ισχύος στο Σταθμό Βάσης. Οι σχέσεις αυτές εκφράζονται με απλούς όρους που αντανακλούν τις βασικές παραμέτρους της αλληλεπίδρασης της στοίβας των πρωτοκόλλων, επιτρέποντας την αναλυτική αξιολόγηση σύνθετων προβλημάτων διαστασιοποίησης καθώς και δυναμικών πρωτοκόλλων δέσμευσης πόρων. Επιτρέπουν παράλληλα το σχεδιασμό αξιόπιστων πρωτοκόλλων μετάδοσης και δικτύωσης, που εξυπηρετούν τις ανάγκες των νέων συστημάτων, αξιοποιώντας δυναμικά χαρακτηριστικά εξυπηρέτησης που αναπτύσσονται στα ανώτερα επίπεδα της στοίβας των πρωτοκόλλων .Η ανάλυση συνεχίζεται με την διατύπωση πρωτότυπων προβλημάτων βελτιστοποίησης για τα συστήματα πέραν της 3ης Γενιάς. Συγκεκριμένα, προτείνεται αλγόριθμος προσαρμογής ζεύξης που βασίζεται στη μεγιστοποίηση της ενεργειακής επίδοσης. Η ενεργειακή επίδοση εκφράζεται ως συνάρτηση των ενεργών χρηστών του συστήματος και το αντίστοιχο πρόβλημα βελτιστοποίησης συγκαταλέγεται στα προβλήματα διαστρωματικής βελτιστοποίησης. Επιπλέον, παρουσιάζεται η αντικειμενική συνάρτησης της χωρητικότητας ενός συστήματος. Η συνάρτηση αυτή εκφράζει το μέγιστο όγκο δεδομένο ανά μονάδα χρόνου που μπορεί να εξυπηρετήσει ένα σύστημα εξυπηρέτησης.Τέλος εξετάζονται πολιτικές βέλτιστης διαμέρισης της κυψέλης με εφαρμογή της σύγχρονης τεχνικής εξουδετέρωσης παρεμβολών, της Κλασματικής Επαναχρησιμοποίησης Συχνότητας, που μεγιστοποιούν κατάλληλες αντικειμενικές συναρτήσεις που αφορούν την επίδοση του συστήματος. Συγκεκριμένα εξετάζεται η βέλτιστη πολιτική που μεγιστοποιεί τη χωρητικότητα της κυψέλης και η βέλτιστη πολιτική που ελαχιστοποιεί την αντικειμενική συνάρτηση της συνολικής κατανάλωσης ισχύος στο Σταθμό Βάσης.