HETEROGENEOUS WIRELESS NETWORKS: TRAFFIC OFFLOADING, RESOURCE ALLOCATION AND COVERAGE ANALYSIS
HETEROJEN KABLOSUZ AĞLAR: TRAFİK YÜK DEVRETME, KAYNAK TAHSİSİ VE KAPSAMA ANALİZİ
- Tez No: 923799
- Danışmanlar: PROF. DR. ERCHİN SERPEDİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Kablosuz iletişim, Wireless communication
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Texas A&m Unıversıty
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
2G kablosuz haberleşme sistemlerinde, makro hücresel baz istasyonunun kapsama alanı yarıçapı birkaç kilometre mesafesindeyken, LTE-Advanced (Uzun Vadeli Evrim-Gelişmiş) ve yeni nesil kablosuz haberleşme sistemlerinde yani 5G haberleşme sistemlerinde, bu mesafe değişken ve sadece birkaç yüz metre mesafesinde olabilir. Bunun temel nedeni, yeni nesil kablosuz haberleşme sistemlerinde, elektromanyetik dalgaların havada yayılımı sırasında ortaya çıkan komplike sorunlardır. Farklı türlerden kablosuz ağlardan oluşan heterojen kablosuz ağlar da ortaya çıkan sorunları çözmek için önemli bir unsuru oluşturur. Küçük kapsama alanlı hücresel baz istasyonları, WiFi erişim noktaları, makro hücresel baz istasyonları birlikte işbirliği yaparak heterojen yeni nesil kablosuz haberleşme sistemlerini özellikle 5G sistemlerini oluşturur. Heterojen yeni nesil kablosuz haberleşme sistemleri trafik aktarımı, kullanıcı seçimi ve kaynak paylaşımı ve kapsama alanı gibi ortaya çıkan sorunlar için birden fazla çözüm sunar ve ağ trafiğini en iyi şekilde kullanılır hale getirir. Bu sorunlar, heterojen yeni nesil kablosuz ağların tabiatında bulunan farklı türlerdeki kablosuz ağların rastgele yerleştirilmesi nedeniyle ortaya çıkar. Bu doktora tezinde, trafik aktarımı, kullanıcı ve kaynak paylaşımı, ve hücresel kapsama alanı problemleri üzerine odaklanılmıştır. İlk kısımda, aktif olan kullanıcıların ve küçük kapsama alanlı hücresel baz istasyonlarının sayısını hesaplamak üzere önermiş olduğumuz, aktif kullanıcı olasılığı faktörünün matematiksel hesaplanması verilmiştir. Toplam kullanıcı sayısı ve aktif olan kullanıcı sayıları için Binom ve Poisson olasılıksal dağılım fonksiyonları seçilmiştir. Ek olarak, aktif kullanıcı olasılığı fonksiyonu kullanılarak, ana taşıyıcı hatlar üzerinden trafiği aktaran heterojen yeni nesil kablosuz haberleşme sistemlerinin güç tüketim miktarları karşılaştırılmıştır. İkinci kısımda, iki değişik trafik aktarım metodu üzerinde durulmuştur. Bunlar, sinyal yayılım yol kaybı ve sinyal girişim oranı metodlarıdır. Bu taktirde, sadece makro hücresel baz istasyonlarından küçük kapsama alanlı hücresel baz istasyonlarına geçen trafik ele alınmıştır. Ek olarak, küçük kapsama alanlı hücresel baz istasyonları kapalı çevrim ve herkese açık çevrim olmak üzere iki çeşide ayrılmıştır. Üçüncü kısımda, birleştirilmiş kullanıcı atama ve frekans bant genişliği kaynak ayrıtımı problemi ele alınmıştır ve bu problem karma tamsayı doğrusal olmayan programlama (KTDOP) problemi şeklinde formüle edilmiştir. Bu tür KTDOP problemleri, hesaplamadaki ve çözümlerindeki aşırı karmaşıklık nedeniyle, ikili kodlama düzeneğindeki değişken rahatlatılarak dişbukey optimizasyon problemine dönüştürülmüştür. Matematiksel analizi sonucunda, problemin çözümü horistik algoritmayla sağlanmıştır. Önerilen çözüm metodu, ortak kullanıcı ataması ve kaynak bant genişliği ayrıtımı için çok yakın gerçek sonucu hızlı ve çok daha az karmaşık bir şekilde vermiştir. Son olarak, altıgen makro hücresel baz istasyonu yerleşiminden, rastgele yeni nesil heterojen haberleşme sistemlerinin kapsama alanındaki değişimin matematiksel analizi verilmiştir. Rastgele dağıtılmış hücresel baz istasyonları bağımsız Poisson Point Prosesi kullanılarak oluşturulmuştur. Kapsama alanındaki değişimi göstermek için Lloyd algoritması kullanılmıştır. Rastgele yerleştirilmiş hücresel baz istasyonları arasındaki bağlantı uzaklığı değişimi, beklenti büyütme algoritmasıyla elde edilmiştir ve bu bağlantı uzaklığı daha sonra hücresel kapsama alanı hesaplanmasında kullanılmıştır.
Özet (Çeviri)
Unlike 2G systems where the radius of macro base station (MBS) could reach several kilometers, the cell radius of LTE-Advanced and next generation wireless networks (NGWNs) such as 5G networks would be random and up to a few hundred meters in order to overcome the radio signal propagation impairments. Heterogeneous wireless networks (HetNets) are becoming an integral part of the NGWNs especially 5G networks, where small cell base stations (SBSs), wireless-fidelity (WiFi) access points (APs), cellular BSs and device-to-device (D2D) enabled links coexist together. HetNets represent novel approaches for the mobile data offloading, resource allocation and coverage probability problems that help to optimize the network traffic. However, heterogeneity and interworking among different radio access technologies bring new challenges such as bandwidth resource allocation, user/cell association, traffic offloading based on the user activity and coverage probability in HetNets. This dissertation attempts to address three key research areas: traf- c offloading, bandwidth resource allocation and coverage probability problems in HetNets. In the first part of this dissertation, we derive the mathematical framework to calculate the required active user population factor (AUPF) of small cells based on the probabilistic traffic models. The number of total mobile users and number of active mobile users have different probabilistic distributions such as different combinations of Binomial and Poisson distributions. Furthermore, AUPF is utilized to investigate the downlink BS and backhaul power consumption of HetNets. In the second part, we investigate two different traffic offloading (TO) schemes (a) Path loss (PL) and (b) Signal-to-Interference ratio (SIR) based strategies. In this context, a comparative study on two techniques to offload the traffic from macrocell to small cell is studied. Additionally, the AUPF, small cell access scheme and traffic type are included into a PL based TO strategy to minimize the congested macrocell traffic. In the third part, the joint user assignment and bandwidth resource allocation problem is formulated as a mixed integer non-linear programming (MINLP). Due to its intractability and computational complexity, the MINLP problem is transformed into a convex optimization problem via a binary variable relaxation approach. Based on the mathematical analysis of the problem, a heuristic algorithm for joint user assignment and bandwidth allocation is presented. The proposed solution achieves a near optimal user assignment and bandwidth allocation at reduced computational complexity. Lastly, we investigate the transition between traditional hexagonal BS deployment to random BS placement in HetNets. Independent Poisson Point Processes (PPPs) are used to model the random locations of BSs. Lloyds algorithm is investigated for analyzing the coverage probability in a network which functions as a bridge between random and structural BS deployments. The link distance distribution is obtained by using the Expectation-Maximization (EM) algorithm which is further utilized for calculating the coverage probability.
Benzer Tezler
- Liquidambar orientalis mill (sığla ağacı)'in morfolojik ve palinolojik özellikleri üzerine araştırmalar
Studies on the morphological and palynological characteristics of liquidambar orientalis mill. in Turkey
ASUMAN GÜNGÖRDÜ
Doktora
Türkçe
1986
Ormancılık ve Orman Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiOrman Botaniği Bilim Dalı
PROF.DR. FAİK YALTIRIK
- Partikül yüklü, eş eksenli iki jet için karışma ve yanma modeli
A Mixing and combustion model for particle-laden confined coaxiol jets
METİN ERGENEMAN
- Yerinde uranyum ekstraksiyonu yöntemi üzerine deneysel ve teorik modelleme çalışmaları
Başlık çevirisi yok
HASANCAN OKUTAN
