عنوان پایان‌نامه
مدیریت ساختاری تداخل در شبکه های چند تک پخشی با بهره گیری از کدینگ نشانه
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-مخابرات-سیستم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2721;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 69223
- تاریخ دفاع
- ۳۱ تیر ۱۳۹۴
- دانشجو
- هما اصفهانی زاده
- چکیده
- در شبکه‌های مخابراتی چندکاربره با پهنای باند محدود، مدیریت تداخل یک مسئله اساسی در استفاده بهینه از منابع شبکه است. شبکه‌های چندتک‌پخشی نوعی از شبکه‌های تداخلی چندکاربره هستند که در آن‌ها هر گیرنده مایل به دریافت اطلاعات از فرستنده‌ای مشخص است، در‌حالیکه امکان دریافت اطلاعات از سایر فرستنده‌ها به صورت تداخل وجود دارد. شبکه‌های چندتک‌پخشی بدون حلقه، در بسیاری از مسائل مطرح در مخابرات از جمله مدیریت ساختاری تداخل، کدینگ شبکه‌های سیمی چندتک‌پخشی و کدینگ نشانه دیده می‌شود. هدف این تحقیق بررسی تناظر بهینه میان مسائل چندتک‌پخشی و ارائه راه‌حل‌های بهینه در تحلیل و طراحی آن‌هاست. در بخش اول این تحقیق حالت کلی مسئله کدینگ نشانه در نظر گرفته می‌شود و یک الگوریتم عددی با پیچیدگی محاسباتی مناسب برای تحلیل نرخ و طراحی کد خطی آن ارائه می‌شود. هدف این الگوریتم تکمیل ماتریس متناظر با مسئله کدینگ نشانه با کمترین رتبه ممکن روی میدان‌های محدود است که امکان یافتن نرخ بهینه برای یک طول بسته و اندازه میدان مشخص را فراهم می‌کند. مسئله مدیریت ساختاری تداخل که نوعی مسئله همسونهی تداخل با فرض‌های واقع‌گرایانه در مورد اطلاعات در دسترس در مورد وضعیت کانال است. این مسئله تناظر معینی با مسئله کدینگ نشانه دارد. با استفاده از این تناظر و راهکار تکمیل ماتریس ارائه شده نشان می دهیم می‌توان درجه آزادی بهینه را برای مسئله مدیریت ساختاری در حالت خطی به دست آورد. همچنین برای مسائل مشخصی نشان می‌دهیم که درجه آزادی بهینه در یک مسئله مدیریت ساختاری تداخل حتی برای طول بسته کوچک و در میدان باینری قابل تحقق است. مسئله بعدی کدینگ شبکه چندتک‌پخشی است که بیانگر مهم‌ترین نوع مخابره اطلاعات در اینترنت است. در حالت کلی تحیل نرخ و طراحی کد بهینه برای آن هنوز مسئله‌ای باز است. در این تحقیق ابتدا یک تناظر بهینه میان مسئله کدینگ شبکه چندتک‌پخشی و مسئله کدینگ نشانه ارائه می‌دهیم و در نتیجه روش تکمیل ماتریس را به عنوان ابزاری برای بررسی تحقق پذیری نرخ‌های مشخص معرفی می‌کنیم. سپس مسئله تکمیل ماتریس کلی‌تری برای بهینه‌سازی و به طور خاص بیشینه کردن مجموع نرخ ارائه می‌دهیم. همچنین الگوریتمی شبه بهینه جهت حل این مسئله تکمیل ماتریس ارائه می‌کنیم. کلمات کلیدی: شبکه چندتک‌پخشی، مدیریت ساختاری تداخل، کدینگ نشانه، کدینگ شبکه، تکمیل ماتریس.
- Abstract
- In multi-user communication networks with limited bandwidth, interference management is a fundamental challenge for efficient utilization of network resources. A multiple unicast network is a type of multi-user network in which each destination wishes to receive information from a specific source in presence of interference from other sources. The acyclic multiple unicast networks emerge in fundamental problems of communication theory such as topological interference management, network coding for wired multiple unicast networks, and index coding. The objective of this thesis is to investigate the equivalence among these problems and to devise efficient solutions for their analysis and design. In the first part of this thesis, index coding is considered and a numerical algorithm with an appropriate computational complexity is proposed for rate analysis and code design. The algorithm aims at completing a matrix, representing the linear index coding problem, with minimum rank over a finite field. The matrix completion problem is set up to find the optimum transmission rate given the vector length and the field size. Topological interference management is a type of interference alignment with practical assumptions about the available channel state information. It has certain correspondence to the index coding problem. By using this relation and the proposed matrix completion approach, the optimal degrees of freedom can be achieved in linear cases. As we demonstrate, for specific problems, the optimal degrees of freedom in a topological interference management may be feasible even for a small vector length and over a binary field. The multiple unicast network coding as the most important communication in the Internet is considered next. In general, the rate analysis and code design are still open problems in multiple unicast. In this thesis, we first propose an optimal equivalence between multiple unicast network coding and index coding and consequently a matrix completion approach for the feasibility analysis of the desired rates. We then propose a more general matrix completion approach for rate optimization and specifically for maximizing the sum-rate. Furthermore, a sub-optimum algorithm is presented for solving the proposed matrix completion problem. Keyword: Multiple unicast network, topological interference management, index coding, network coding, matrix completion.
