عنوان پایان‌نامه
تخصیص کیفیت سرویس در شبکه های موج میلیمتری
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق- مخابرات - شبکه
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 3114;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79248;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 3114;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79248
- تاریخ دفاع
- ۰۳ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- نیما اشراقی
- استاد راهنما
- وحید شاه منصوری
- چکیده
- با توجه به پهنای باند وسیع موج میلیمتری، می‌توان از آن برای حمایت از ترافیک داده‌ی ویدیویی در شبکه‌های نسل آینده بهره جست. اگر چه به دلیل ویژگی‌های ذاتی انتشاری، مشکلاتی برای توسعه‌ی شبکه‌های موج میلیمتری وجود دارد و اُفت مسیر بالا و توانایی انکسار کم در برخورد با موانع، بیانگر ضرورت مخابره در دید مستقیم و مخابره‌ی چندپرشه برای دور زدن موانع میانی احتمالی است. بخش عمده‌ی ترافیک شبکه‌های امروزی را داده‌های ویدیویی تشکیل داده‌اند و با توجه به رشد شگرف این نوع داده در دهه‌ی اخیر، ما در این پروژه بر روی تضمین کیفیت سرویس مورد نیاز این ترافیک داده تمرکز می‌کنیم. در این پایان‌نامه، ابتدا مساله‌ی مسیر یابی برای ارتباطات ابزار-به-ابزار چندپرشه بر روی بستر موج میلیمتری مورد بررسی قرار گرفته است. هدف این مساله‌ی بهینه‌سازی، بیشینه کردن تابع کیفیت ارسال‌های ویدیویی و مقاومت پروتکل ارایه شده در برابر خطا‌های مکرر و اتصالات متناوب کانال موج میلیمتری است. برای مساله‌ی مذکور الگوریتم زیربهینه‌ای ارایه می‌شود که به ازای احتمال همکاری بالای گره‌های میانی، جواب ارایه شده با پیچیدگی بسیار کم به همسایگی بسیار نزدیکی از جواب بهینه می‌رسد. در قسمت دوم این پایان‌نامه، به مساله تخصیص منابع پویا و کنترل ازدحام به صورت توام برای ارسال‌های همزمان ویدیویی در شبکه‌های موج میلیمتری می‌پردازیم. روش‌های تخصیص کانال و دسترسی کانال در شبکه‌های سنتی بیسیم برای باند موج میلیمتری چندان کارآمد نمی‌باشند. بدلیل طول موج کوتاه در این باند، می‌توان تعداد زیادی آنتن را کنار هم قرار داد و با استفاده از تکنیک‌های شکل دهی پرتو و ارسال‌های جهت دار، توان‌های متفاوتی را در پهنای پرتو باریکی فقط به سمت مقصد مطلوب منتشر کرد. بنابراین ما با سودجویی از ارسال‌های همزمان و با در نظرگیری پویایی صف‌های شبکه برای ترافیک ویدیویی، مساله‌ی کنترل جریان، تخصیص کانال و توان را به صورت یک مساله‌ی بهینه‌سازی تصادفی بیان می‌کنیم. سپس با استفاده از روش بهینه‌سازی لیاپونوف، مساله‌ی مذکور به فرم دیگری که با مشاهده‌ی اطلاعات CSI و QSI هر فریم قابل حل باشد، نوشته می‌شود. به علاوه، با در دست داشتن تصمیم‌های تخصیص کانال، مساله‌ی تخصیص توان به صورت کاملا توزیع یافته حل می‌شود. در حل ارایه شده، با تنظیم فقط یک پارامتر می‌توان متوسط تاخیر شبکه را تضمین نمود و همچنین وجود مصالحه‌ای میان معیار‌های عملکرد لایه‌ی فیزیکی و متوسط تاخیر شبکه با روابط تحلیلی اثبات می‌شود.
- Abstract
- Millimeter-wave (mm-wave) communication is a promising technology for the next generation cellular networks. Motivated by the huge available bandwidth at these bands, it can be used to support the fastest-growing demands for the mobile data traffic such as multimedia applications. However, there are some challenges in the development of mm-wave based networks. The high path loss, the limited diffraction capability due to the short wavelength, and having difficulties in penetrating through solid materials necessitate the line-of-sight and multi-hop communication in mm-wave networks. In this project, first we develop a multi-hop routing protocol which maximizes the sum quality of the uncompressed high-definition video applications for the device-to-device connections. The quality is measured as a function of the rate in this thesis. We take into account the unique characteristics of the mm-wave propagation in our model. By simulation we show that the proposed solution achieves the optimal one for high cooperation probability. Also, the proposed algorithm significantly outperforms max-min flow routing protocol. In addition, in the second part of the project, the problem of dynamic resource optimization with congestion control is investigated. The resource optimization schemes in the traditional wireless networks are not efficient for multimedia transmission in mm-wave based networks. This is because very small wavelength in mm-wave technology allows to utilize large number of antenna elements, which leads to high directivity gain and fully-directional communication with potential spatial reuse. In this project, we formulate a dynamic joint flow control, channel and power allocation problem for the queue-aware concurrent multimedia transmission. Leveraging Lyaponuv technique, the stochastic optimization problem is transformed, and given the channel allocation decisions the problem is decomposed into the flow control and power allocation problems. We then show that using dual decomposition technique, the latter problem can be implemented in a distributed way by the exchange of demand and price among the network and users, where each user solves an unconstrained convex optimization problem.
